燃燒學 復習重點

1、第3章 著火和滅火理論一、謝苗諾夫自燃理論1. 基本思想： 某一反應體系在初始條件下，進行緩慢的氧化還原反應，反應產(chǎn)生的熱量，同時向環(huán)境散熱，當產(chǎn)生的熱量大于散熱時，體系的溫度升高，化學反應速度加快，產(chǎn)生更多的熱量，反應體系的溫度進一步升高，直至著火燃燒。2. 著火的臨界條件：放、散熱曲線相切于C點。T增加P3. T=4. 改變體系自燃狀態(tài)的方法T降低 改變散熱條件 增加放熱二、區(qū)別弗蘭克卡門涅茨基熱自燃理論與謝苗諾夫熱自燃理論的異同點1.謝苗諾夫熱自燃理論適用范圍：適用于氣體混合物，可以認為體系內(nèi)部溫度均一；對于比渥數(shù) Bi 較小的堆積固體物質(zhì)，也可認為物體內(nèi)部溫度大致相等；不適用于比渥數(shù)B

2、i大的固體。 2.弗蘭克卡門涅茨基熱自燃理論：適用于比渥數(shù)Bi大的固體（物質(zhì)內(nèi)部溫度分布的不均勻性 ）；以體系最終是否能得到穩(wěn)態(tài)溫度分布作為自燃著火的判斷準則 ；自燃臨界準則參數(shù) cr取決于體系的幾何形狀。3、 鏈鎖自然理論1.反應速率與時間的關系2. 運用鏈鎖自燃理論解釋著火半島現(xiàn)象在第一、二極限之間的爆炸區(qū)內(nèi)有一點P（1）保持系統(tǒng)溫度不變而降低壓力，P點則向下垂直移動自由基器壁消毀速度加快,當壓力下降到某一數(shù)值后，f < g, < 0 -第一極限（2）保持系統(tǒng)溫度不變而升高壓力，P點則向上垂直移動自由基氣相消毀速度加快,當壓力身高到某一數(shù)值后，f < g, < 0

3、-第二極限（3） 壓力再增高，又會發(fā)生新的鏈鎖反應導致自由基增長速度增大，于是又能發(fā)生爆炸。 -第三極限圖3-12 氫氧著火半島現(xiàn)象 溫度壓力mmHg0101001000360400440480520560600非爆炸區(qū)爆炸區(qū)·P3. 基于f（鏈傳遞過程中鏈分支引起的自由基增長速率）和g（鏈終止過程中自由基的消毀速率 ）分析鏈鎖自燃著火條件a.在低溫時， f 較?。ㄊ軠囟扔绊戄^大），相比而言，g 顯得較大，故：這表明，在 的情況下，自由基數(shù)目不能積累，反應速率不會自動加速，反應速率隨著時間的增加只能趨勢某一微小的定值，因此，f<g 系統(tǒng)不會著火。b.隨著系統(tǒng)溫度升高，f 增大，

4、g 不變，在 時因此，隨著時間的增加，反應速率呈指數(shù)級加速，系統(tǒng)會發(fā)生著火C.在時， 反應速率隨時間增加呈線性加速，系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)4、 強迫著火1.最小點火能：能在給定的可燃混氣中引起著火的最小火花能2.電極熄火距離定義：不能引燃混合氣的電極間的最大距離成為電極熄火距離。五滅火措施（注意兩者差別）1.基于熱理論的滅火措施（1）降低系統(tǒng)氧或者可燃氣濃度；（2）降低系統(tǒng)環(huán)境溫度；（3）改善系統(tǒng)的散熱條件，使系統(tǒng)的熱量更容易散發(fā)出去。2.滅火措施總結1. 降低系統(tǒng)著火溫度。2. 斷絕可燃物。3. 稀釋空氣中的氧濃度。4. 抑制著火區(qū)內(nèi)的鏈鎖反應。第4章 ：可燃氣體的燃燒1. 解釋緩燃與爆震（預混氣

5、兩種火焰?zhèn)鞑バ问剑┗鹧鎮(zhèn)鞑C理 緩燃（正?；鹧?zhèn)鞑ィ┗鹧鎮(zhèn)鞑C理：依靠導熱和分子擴散使未燃混合氣溫度升高，并進入反應區(qū)而引起化學反應，導致火焰?zhèn)鞑?爆震（爆轟）火焰?zhèn)鞑C理：傳播不是通過傳熱、傳質(zhì)發(fā)生的，它是依靠激波的壓縮作用使未燃混合氣的溫度不斷升高而引起化學反應的，從而使燃燒波不斷向未燃混合氣中推進。2. 緩燃與爆震的特點在爆震區(qū)經(jīng)過燃燒后氣體壓力增加、燃燒后氣體密度增加、燃燒以超音速傳播（M>1）在緩燃區(qū)經(jīng)過燃燒后氣體壓力減小或接近不變、氣體密度減小、燃燒以亞音速進行（M<1）3. 火焰前沿的定義火焰前沿（前鋒、波前）：一層一層的混合氣依次著火，薄薄的化學反應區(qū)開始由點燃的地

6、方向未燃混合氣傳播，它使已燃區(qū)與未燃區(qū)之間形成了明顯的分界線，稱這層薄薄的化學反應發(fā)光區(qū)為火焰前沿（鋒面）。4.火焰位移速度及火焰法向傳播速度 火焰位移速度是火焰前沿在未燃混合氣中相對于靜止坐標系的前進速度，其前沿的法向指向未燃氣體。 火焰法向傳播速度是指火焰相對于無窮遠處的未燃混合氣在其法線方向上的速度。5.可燃混氣爆炸壓力的計算爆炸前：n1、T1、P1、V1，爆炸后：n2、T2、P2、V2（V1）則有：P1V1n1RT1，P2V1n2RT2兩式相除得：以乙醚為例： C4H10O +6 (O2+3.76N2) = 4CO2 + 5H2O + 6×3.76N2 n1 = 29.6 n

7、2 = 31.6爆炸時的升壓速度P瞬時壓力，Pa；Sl火焰?zhèn)鞑ニ俣?，cm/s；Kd系數(shù)；K系數(shù)，Cp/Cv=1.4；t時間，s例：某容器中裝有甲烷和空氣預混氣，體積為9L，甲烷的體積濃度為9.5%，爆炸前初溫T1=298K，初始壓力P1=1.01325×105 Pa，爆炸時溫度為T2=2300K，最大爆炸壓力P2=8.0756×105 Pa，甲烷火焰?zhèn)鞑ニ俣葹镾l=34.7 cm/s，熱容比K=1.4，求甲烷爆炸時平均升壓速度。 解：甲烷燃燒反應式為：CH4+2O2+7.5N2 CO2+2H2O+7.5N2n1=n2=10.5 (kmol) 由得：平均升壓速度為第4章 爆炸

8、極限的影響因素（1）初始溫度 爆炸性混合物的初始溫度越高，則爆炸極限范圍越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高（2）初始壓力 一般壓力增大，爆炸極限擴大 ；壓力降低，則爆炸極限范圍縮小 待壓力降至某值時，其下限與上限重合，將此時的最低壓力稱為爆炸的臨界壓力。若壓力降至臨界壓力以下，系統(tǒng)便成為不爆炸 （3）惰性介質(zhì)即雜質(zhì)若混合物中含惰性氣體的百分數(shù)增加，爆炸極限的范圍縮小，惰性氣體的濃度提高到某一數(shù)值，可使混合物不爆炸（4）容器 容器管子直徑越小、爆炸極限范圍越小。（5）點火能源 火花的能量、熱表面的面積、火源與混合物的接觸時間等，對爆炸極限均有影響 7. 萊夏特爾公式的證明與應用萊夏特爾公式的證明

9、如下： 指導思想：將可燃混合氣體中的各種可燃氣與空氣組成一組，其組成符合爆炸下限時的比例，可燃混氣與空氣組成的總的混合氣體為各組之和。4. 設各種可燃氣體積為：V1，V2，V3，Vi。則總的可燃氣體積為VV1+V2+V3+Vi 2）設各組可燃氣空氣在爆炸下限時的體積為： V1，V2，V3，VI 則總的可燃混氣空氣體積為 V V1+V2+V3，VI 3） 設各種可燃氣爆炸下限為：x1下，x2下，x3下，xi下。則 4）（4）設總的可燃混氣的爆炸下限為x下。則有（5）設證畢例 題混合氣中可燃氣濃度：1/（1+19）=5% 2.0% < 5% < 9.7%故，該混合氣體遇火爆炸。解： 乙

10、烷：P1=40% 丁烷：P2=60%1. 可燃氣體含C2H6 40%，C4H10 60%，取1m3該燃氣與19m3空氣混合。該混合氣體遇明火是否有爆炸危險？（C2H6和C4H10在空氣中的爆炸上限分別為12.5%、8.5%，下限為3.0%、1.6%）5、 含有惰性氣體的可燃混氣爆炸極限的計算方法 如果可燃混氣中含有惰性氣體，如N2、CO2等，計算其爆炸極限時，仍然利用萊夏特爾公式，但需將每種惰性氣體與一種可燃氣編為一組，將該組氣體看成一種可燃氣體成分。比如：H2+N2, CO+CO2, CH4該組在混合氣體中的體積百分含量為該組中惰性氣體和可燃氣體體積百分含量之和。圖4-25 氫、一氧化碳、甲

11、烷與氮、二氧化碳混合氣體在空氣中的爆炸極限而該組氣體的爆炸極限可先列出該組惰性氣體與可燃氣的組合比值，再從圖中查出該組氣體的爆炸極限，然后代入萊夏特爾公式進行計算。 例41 求煤氣的爆炸極限。煤氣組成為：H2一12.4；CO一27.3；CO2一6.2；O2一0；CH4一0.7；N2一53.4。 解： 分組：CO2+H2；N2+CO；CH4 CO2+H2： 6.2+12.418.6； N2+CO：27.3+53.480.7； CH4：0.77。從圖425查得： H2CO2組的爆炸極限為：6.070； CON2組的爆炸極限為：4073。 CH4的爆炸極限為：5158. F-S-I 體系爆炸濃度極限

12、圖 以可燃氣氧氣氮氣體系為例例題：已知乙烯在氧氣中的爆炸濃度極限為380%，氮氣惰化時的爆炸臨界點為（氧氣10%，氮氣87%，乙烯3）。 （1）請繪出乙烯氧氣氮氣體系的爆炸濃度極限圖。 （2）用圖解法計算乙烯在空氣中的爆炸濃度極限。 （3）在1m3的混合氣（乙烯20%，其余為空氣）中，至少摻入多少m3的氮氣后遇明火不會爆炸。（4） 激波的形成過程；爆轟的發(fā)生過程、形成條件A.激波的形成過程同理，后面的壓縮波的波速都將比前面的壓縮波的傳播速度快，不難想象，經(jīng)過一段時間后，這些壓縮波將會疊加在一起，波的能量也將迅速增大，即形成所謂的 “激波” 。激波前后氣體的參數(shù)（壓力、溫度、密度等）發(fā)生了顯著的

13、變化。B.爆轟的發(fā)生過程C.爆轟的形成條件1初始正?；鹧?zhèn)鞑ツ苄纬蓧嚎s擾動2管子要足夠長或自由空間的預混氣體積要足夠大 3可燃氣濃度要處于爆轟極限范圍內(nèi)4管子直徑大于爆轟臨界直徑10.預防可燃氣爆炸的方法 嚴格控制火源； 防止預混可燃氣的產(chǎn)生； 用惰性氣體預防氣體爆炸； 切斷爆炸傳播的途徑。11.湍流火焰區(qū)別于層流火焰的明顯特征 火焰長度短，厚度較厚，發(fā)光區(qū)模糊，有明顯噪音等12. 火焰高度隨流速的變化流速比較低時，處于層流狀態(tài)，火焰高度隨流速增加成正比提高，在流速比較高時，處于湍流狀態(tài)，火焰高度幾乎與流速無關。例題：為什么1mol可燃氣完全燃燒所需氧氣摩爾數(shù)越大，擴散火焰高度越高？ 答：1m

14、ol可燃氣完全燃燒所需氧氣摩爾數(shù)越大，則對氧氣的需求就更加強烈，通過增加火焰高度以獲得更充足的氧氣供應。第五章總結1.根據(jù)液體燃料蒸發(fā)與汽化的特點，可將其燃燒形式分為 液面燃燒,燈芯燃燒,蒸發(fā)燃燒,霧化燃燒2.蒸發(fā)熱 ：在一定的溫度和壓力下，單位質(zhì)量的液體完全蒸發(fā)所吸收的熱量。液體蒸發(fā)過程中，高能量的分子離開液面進入空間，使剩余液體的內(nèi)能越來越低，液體的溫度會越來越低，欲使液體的溫度保持不變，液體須從外界吸收能量。也即：要使液體處于恒溫恒壓下蒸發(fā)，液體須從外界吸收的能量。液體蒸發(fā)吸熱的原因：主要為了增加液體分子的動能以克服分子間引力而逃逸出液面，因此，分子間力大的液體，其蒸發(fā)熱也越高；此外，蒸

15、發(fā)熱還用于氣化時蒸氣體積膨脹對外所做的功。3.閃燃：這種在可燃液體上方，蒸氣與空氣的混合氣體遇火源發(fā)生的一閃即滅的燃燒現(xiàn)象即稱之為閃燃。液體的閃點：在規(guī)定的實驗條件下，液體表面能夠產(chǎn)生閃燃的最低溫度稱為閃點。4.同系物閃點的變化規(guī)律： （1）同系物閃點隨 分子量 增加而升高；（2）同系物閃點隨 沸點 的升高而升高；（3）同系物閃點隨 比重 的增大而升高；（4）同系物閃點隨 蒸氣壓 的降低而升高；（5）同系物中正構體比異構體閃點高。5. 自燃著火與自然點自燃著火：沒有火源作用，而靠外界加熱而引起的著火現(xiàn)象同系物的自燃點有以下規(guī)律： （1）同系物自燃點隨分子量增加而減少。（2）同系物中正構體比異構

16、體自燃點低。（3）飽和烴比相應的不飽和烴的自燃點高。 6.閃點計算（聯(lián)系后面的溫度極限）（1）根據(jù)波道查的烴類閃點公式計算 對于烴類可燃液體，其閃點服從波道查公式： 其中：tf為閃點，tb為沸點。（2）根據(jù)道爾頓公式計算 根據(jù)爆炸極限的經(jīng)驗公式，當液面上方的總壓為 P 時，可燃液體的閃點所對應的可燃液體的蒸氣壓 Pf 為: 其中：N 為燃燒 1摩爾 可燃液體所需的氧原子數(shù)。 （3）根據(jù)可燃液體碳原子數(shù)計算式中：nc 為可燃液體分子中的碳原子數(shù)（4）利用可燃液體的爆炸下限計算 閃點（溫度）時液體的蒸氣濃度就是該液體蒸氣的爆炸下限 L液體的飽和蒸氣濃度和蒸氣壓的關系為: 若已知爆炸下限L，即可求出

17、Pf，根據(jù)克勞修斯一克拉佩龍方程，求出該液體的閃點: （5）根據(jù)布里諾夫公式計算 Pf 閃點溫度下可燃液體的飽和蒸氣壓，PaP可燃液體蒸氣與空氣混合氣體的總壓，101325PaD0 可燃液體蒸氣在空氣中于標準狀態(tài)下的擴散系數(shù)，查表燃燒1摩爾可燃液體所需的氧原子數(shù) 7.會利用爆炸溫度極限判斷可燃液體的爆炸溫度危險性爆炸溫度極限 :液面上方液體蒸氣濃度達到爆炸濃度極限，混合氣體遇火源就會發(fā)生爆炸。（1）凡爆炸溫度下限（t下）小于最高室溫的可燃液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均能發(fā)生爆炸；（2）凡爆炸溫度下限（t下）大于最高室溫的可燃液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均不能發(fā)生爆炸； （3）凡爆炸溫度上限

18、（t上）小于最低室溫的可燃液體，其咆和蒸氣與空氣的混合物遇火源不發(fā)生爆炸，其非飽和蒸氣與空氣的混合物遇火源有可能發(fā)生爆炸。 爆炸溫度極限的計算爆炸溫度下限為液體的閃點，其計算與閃點計算相同 爆炸溫度上限的計算，可根據(jù)已知的爆炸濃度上限值計算相應的飽和蒸氣壓，然后用克勞修斯一克拉佩龍方程等方法計算出飽和蒸氣壓所對應的溫度，即為爆炸溫度上限。5. 油池火d(容器直徑)與v(燃燒速度)的關系當d很小的時候，有v與d近似成反比的關系；當d很大時，有vl與d近似無關系。 9.引燃著火及著火點；引燃的著火條件；燈芯點火的原理可燃液體的著火方式：引燃（點燃）和自燃引燃（點燃）：可燃液體的蒸汽與空氣的混氣在一

19、定的溫度條件下，與火源接觸發(fā)生連續(xù)燃燒現(xiàn)象燃點:發(fā)生引燃著火的最低溫度。燈芯點火的原理： 由于毛細現(xiàn)象，燈芯將可燃液體吸附到燈芯中，由于燈芯比熱小，燈芯上液體的熱對流運動被限制，因此容易用小火焰加熱，使得燈芯上的可燃液體被加熱到燃點以上溫度而被點燃，同時燈芯周圍的液體被加熱，表面張力平衡被破壞，從而使得液體產(chǎn)生回流，即在液體表面上產(chǎn)生一個凈的作用力，驅(qū)使熱流體離開受熱區(qū)，而液面以下臨近的冷流體則流向加熱區(qū)。10.影響液體燃燒速度的因素；液體自燃的原因；有機化合物自然點變化的規(guī)律影響液體燃燒速度的因素：1.液體的初溫影響2.容器直徑大小的影響3容器中液體高度的影響4液體中的含水量的影響5.有機同

20、系物液體密度的影響6.風的影響 11.液體的穩(wěn)定燃燒；影響液體燃燒速度的因素 可燃液體一旦著火并完成液面上的傳播過程之后，就進入穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)。因素：1液體的初溫影響；2容器直徑大小的影響；3容器中液體高度的影響12.點源法計算火焰輻射 13.沸溢及形成條件；噴濺及其發(fā)生條件和危害 在熱波向液體深層運動時，由于熱波溫度遠高于水的沸點，因而熱波會使油品中的乳化水氣化，形成油包氣的氣泡，即油的一部分形成了含有大量蒸氣氣泡的泡沫，使液體體積膨脹，向外溢出，使液面猛烈沸騰起來，就象“跑鍋”一樣。這種現(xiàn)象叫沸溢。 沸溢形成必須具備三個條件：（1）原油具有形成熱波的特性，即沸程寬，比重相差較大；（2）原油

21、中含有乳化水，水遇熱波變成蒸氣；（3）原油粘度較大，使水蒸氣不容易從下向上穿過油層。如果原油粘度較低，水蒸氣很容易通過油層，就不容易形成沸溢。噴濺現(xiàn)象（揚沸）原油中的水以水墊形式存在隨著燃燒的進行，熱波的溫度逐漸升高，熱波向下傳遞的距離也加大當熱波達到水墊時，水墊的水大量蒸發(fā)，蒸氣體積迅速膨脹，以至把水墊上面的液體層拋向空中，向罐外噴射。這種現(xiàn)象叫噴濺。 噴濺發(fā)生的征兆出現(xiàn)油面蠕動、涌漲現(xiàn)象；火焰增大、發(fā)亮、變白；出現(xiàn)油沫24次；煙色由濃變淡，發(fā)生劇烈的“嘶！嘶！”聲等。金屬油罐會發(fā)生罐壁顫抖，伴有強烈的噪聲（液面劇烈沸騰和金屬罐壁變形所引起的）；煙霧減少，火焰更加發(fā)亮，火舌尺寸更大，火舌形似

22、火箭。噴濺的危害當油罐火災發(fā)生噴濺時，能把燃油拋出70120m。不僅使火災猛烈發(fā)展，而且嚴重危及撲救人員的生命安全，因此，應及時組織撤退，以減少人員傷亡。 寬沸程液體熱波形成機理火災形成后火焰加熱液面；液面液體蒸發(fā)，低沸點液體先蒸發(fā)，高沸點組份形成高溫重質(zhì)微團；高溫重質(zhì)微團下沉，對流換熱，將熱量向下傳遞，形成熱波。14.第六章 可燃固體的燃燒1固體燃燒的形式（1）蒸發(fā)燃燒 （2）表面燃燒（3）分解燃燒（4）熏煙燃燒（陰燃）（5）動力燃燒（爆炸）2評定固體火災危險性的參數(shù)（1）熔點、閃點和燃點熔點越低的可燃固體，閃點和燃點也越低，火災危險性越大；（2）氧指數(shù)氧指數(shù)是指剛好維持物質(zhì)燃燒時的混合氣體中最低氧含量的體積百分數(shù)。氧指數(shù)越小的高聚物，燃燒時對氧的需求量越(或者說燃燒時受氧氣濃度的影響越小)，因而火災危險性越大。 氧指數(shù)小于22的屬易燃材料；氧指數(shù)在2227之間的屬難燃材料；而氧指數(shù)大于27的屬高難燃材料。3、固體著火燃燒理論固體引燃條件和引燃時間（1）如果S<0，固體不能被引燃或只能發(fā)生閃燃；如果S>0，固體表面接受的熱量除了能維持持續(xù)燃燒，還有多余部分。這部分熱量可以使可燃氣的釋放速率進一步提高，為固體持續(xù)燃燒創(chuàng)造更好的條件；S=0固體能否被引燃的臨界條件。（2）薄片狀固體引燃時間計算(