燃燒學(xué)4-第四章-著火理論課件

西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院1第四章著火理論4.1 著火的基本概念4.2 熱自燃理論4.3 鏈?zhǔn)阶匀祭碚?.4 強(qiáng)迫點(diǎn)燃理論4.5 火焰?zhèn)鞑?.6 燃燒熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院1第四章著火理論4.1 著西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院2燃燒過程是發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng)過程，存在兩個(gè)最基本的階段：著火階段、著火后燃燒階段。反應(yīng)的引發(fā)劇烈反應(yīng)的加速過程燃燒階段著火階段（孕育期）西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院2燃燒過程是發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院33.1著火的基本概念著火的定義：燃料和氧化劑混合后，由無化學(xué)反應(yīng)、緩慢的化學(xué)反應(yīng)向穩(wěn)定的強(qiáng)烈放熱狀態(tài)的過渡過程，最終在某個(gè)瞬間在空間中某個(gè)部分出現(xiàn)火焰。一、著火過程著火過程：是化學(xué)反應(yīng)的速度出現(xiàn)躍變的臨界過程，即化學(xué)反應(yīng)從低速狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)加速到極高速的狀態(tài)。熱著火鏈?zhǔn)街鹞靼步煌ù髮W(xué)能源與動力工程學(xué)院33.1著火的基本概念著火的西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院4影響著火的因素化學(xué)動力學(xué)因素傳熱學(xué)因素例如：燃料的性質(zhì)；燃料與氧化劑的混合比例；環(huán)境的壓力與溫度；氣流的速度；燃燒室的尺寸；保溫情況等。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院4影響著火的因素化學(xué)動力學(xué)因素二、著火方式與機(jī)理西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院5熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱，溫度不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不斷自動加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火?！蠖鄶?shù)氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。

分為：鏈?zhǔn)街穑河捎谀撤N原因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時(shí)，在分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用下，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速，最終導(dǎo)致著火?！承┑蛪合轮饘?shí)驗(yàn)（如H2+O2，CO+O2的著火）和低溫下的“冷焰”現(xiàn)象符合鏈?zhǔn)街鸬奶卣?。熱自燃?qiáng)迫點(diǎn)燃二、著火方式與機(jī)理西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院5熱著火：可西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院6熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程的對比西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院6熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程的對西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院7熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程區(qū)別——熱著火通常比鏈?zhǔn)街疬^程強(qiáng)烈得多。熱著火過程：溫度升高引發(fā)的，將使得系統(tǒng)中整體的分子動能增加，超過活化能的活化分子數(shù)按指數(shù)規(guī)律增加。導(dǎo)致

燃燒反應(yīng)自動加速。鏈?zhǔn)街疬^程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀，所以鏈?zhǔn)街鹜ǔ＞窒拊诨罨行牡姆敝乘俾蚀笥阡N毀速率的區(qū)域，而不引起整個(gè)系統(tǒng)的溫度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能夠在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)加速繁殖并引起系統(tǒng)能量的整體增加，就形成爆炸。一個(gè)完善的燃燒過程應(yīng)是：及時(shí)著火，穩(wěn)定燃燒，充分燃盡西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院7熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程區(qū)別需要指出的是，上述著火方式的分類不能十分準(zhǔn)確地反應(yīng)它們之間的聯(lián)系和差別。實(shí)際燃燒過程中不可能有單純的熱著火或單純的鏈?zhǔn)街鸬那闆r，而往往是同時(shí)存在的，且相互促進(jìn)。一般來說，在高溫下，熱自燃是著火的主要原因，而在低溫下，鏈?zhǔn)阶匀紕t是著火的主要原因。而熱自燃與強(qiáng)迫點(diǎn)燃的差別只是整體加熱與局部加熱的不同。因此，重要的是掌握各種著火方式的實(shí)質(zhì)。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院8需要指出的是，上述著火方式的分類不能十分準(zhǔn)確地反應(yīng)它們之間的三、著火條件的數(shù)學(xué)描述西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院9著火條件初始條件初始溫度初始濃度邊界條件系統(tǒng)的散熱物質(zhì)的交換情況內(nèi)部條件系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的反應(yīng)特性三、著火條件的數(shù)學(xué)描述西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院9著火條著火條件應(yīng)具備兩個(gè)基本的效果：（1）能夠使得系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速度自動地、持續(xù)地加速，直到達(dá)到一個(gè)較高的化學(xué)反應(yīng)速度。（2）實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)的速度不會趨于無窮大，而最終會到達(dá)某個(gè)有限的數(shù)值，且在這個(gè)有限的化學(xué)反應(yīng)速度的數(shù)值下，系統(tǒng)在空間中存在劇烈發(fā)光發(fā)熱（也就是燃燒）的現(xiàn)象。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院10著火條件應(yīng)具備兩個(gè)基本的效果：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院

著火是對系統(tǒng)的初態(tài)而言的，它的臨界性質(zhì)不能錯(cuò)誤地解釋為化學(xué)反應(yīng)速度隨溫度的變化有突躍的性質(zhì)。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院11著火過程的外部標(biāo)志溫度不是反應(yīng)進(jìn)行的溫度，而是系統(tǒng)的初始溫度。 著火是對系統(tǒng)的初態(tài)而言的，它的臨界性質(zhì)不能錯(cuò)誤地解釋為化學(xué)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院12著火條件不是一個(gè)簡單的初始條件，而是化學(xué)動力參數(shù)和傳熱學(xué)參數(shù)的綜合函數(shù)。如：對于一定種類的可燃預(yù)混合氣而言，在閉口系統(tǒng)條件下，著火條件可由下列函數(shù)關(guān)系來表示：在開口系統(tǒng)的情況下，著火的臨界邊界條件經(jīng)常用著火距離xi表示，這時(shí)其著火條件可以表示為如下的綜合函數(shù)關(guān)系式：T0—預(yù)混合氣的初溫；

α—對流換熱系數(shù)；p—預(yù)混合氣的壓力；

d—容器直徑；

wg—環(huán)境氣流速度。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院12著火條件不是一個(gè)簡單的初始3.2熱自燃理論一、熱自燃條件以封閉容器內(nèi)可燃物質(zhì)的著火過程為例，來分析熱自燃問題。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院13熱自燃簡化模型為使問題簡化，作如下假設(shè)：只有熱反應(yīng)，不存在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；容器的體積V和表面積F為定值；容器內(nèi)的參數(shù)（如溫度濃度等）處處相同；容器與環(huán)境之間僅存在對流換熱，α為定值；可燃物質(zhì)的反應(yīng)熱Q為定值；在整個(gè)著火過程中，可燃物質(zhì)濃度變化很小，視作不變；

反應(yīng)開始時(shí)，系統(tǒng)溫度和容器壁溫與環(huán)境溫度T0相同；反應(yīng)過程中，系統(tǒng)的溫度為T，容器壁溫與可燃物質(zhì)溫度相同，均為T。；3.2熱自燃理論一、熱自燃條件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)一、熱自燃條件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院14單位時(shí)間內(nèi)容器內(nèi)可燃物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的放熱量qf：w—化學(xué)反應(yīng)速度；Q—單位體積內(nèi)可燃物質(zhì)的反應(yīng)熱；V—容器的容積。c—可燃物質(zhì)總體反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)；n—可燃物質(zhì)總反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)；E—可燃物質(zhì)總體反應(yīng)的活化能；k0—頻率因子。一、熱自燃條件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院14單位時(shí)間內(nèi)容西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院15單位時(shí)間內(nèi)容器壁對環(huán)境的散熱量qs為：單位時(shí)間內(nèi)容器內(nèi)積累的熱量qL為：由能量守恒定律：Cv—單位體積內(nèi)可燃物質(zhì)的定容比熱。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院15單位時(shí)間內(nèi)容器壁對環(huán)境的散西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院16熱自燃中的熱量平衡關(guān)系環(huán)境溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院16熱自燃中的熱量平衡關(guān)系環(huán)境西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院17①兩個(gè)交點(diǎn)： A點(diǎn)，穩(wěn)定，但反應(yīng)不會自動加速而著火; B點(diǎn)，不穩(wěn)定，脈動→燃燒or熄滅。②無交點(diǎn)：qf＞qs，系統(tǒng)內(nèi)能量積累，可燃物溫度不斷提高→著火。③一個(gè)交點(diǎn)：qf≥qs，一個(gè)切點(diǎn)。切點(diǎn)C不穩(wěn)定，有波動→要么回到C點(diǎn)，要么著火。

C點(diǎn)—熱自燃點(diǎn)；Tc—熱自燃溫度。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院17①兩個(gè)交點(diǎn)：影響熱自燃的因素：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院18對流換熱系數(shù)：↓，散熱直線qs的斜率↓，qs直線將以橫軸上T0點(diǎn)為軸心向右轉(zhuǎn)動，與qf相切，自燃。散熱面積F：F↓，與減小對流換熱系數(shù)效果相同?？扇嘉餄舛萩：c∝p↑，放熱曲線qf向左上方移動，與散熱直線qs相切，自燃。影響熱自燃的因素：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院18對流換熱自燃的充分必要條件：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院19不僅放熱量和散熱量要相等，而且兩者隨溫度的變化率也要相等。數(shù)學(xué)描述：自燃的充分必要條件：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院19不僅放二、熱自燃溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院20由或?qū)⑸蟽墒阶鞅鹊茫憾?、熱自燃溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院20由或?qū)⑸蟽墒轿靼步煌ù髮W(xué)能源與動力工程學(xué)院21解方程得：（另一根舍去）——謝苗諾夫公式所以：將展開，忽略高次項(xiàng)，西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院21解方程得：（另一根舍去）西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院22∴若E=167.2kJ/mol，T0=1000K，則表明在著火的情況下，自燃溫度在數(shù)量上與給定的初始環(huán)境溫度相差不多。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院22∴若E=167.2kJ/自燃溫度的影響因素西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院23自燃溫度TC是和外界條件，如環(huán)境溫度、容器形狀和尺寸以及散熱情況等有關(guān)的一個(gè)參數(shù)。例如，對某種可燃物質(zhì)，當(dāng)其壓力由p1提高到p2時(shí)，放熱曲線qf1向左上方移動到qf2位置。壓力升高，反應(yīng)加速，自燃溫度變低，即TC1＜TC2，或T02＜T01。散熱條件減弱時(shí)(換熱系數(shù)α減小或容器表面積F減小)，散熱直線qs1移到qs2位置，自燃溫度降低，即TC2＜TC1，或T02＜T01。自燃溫度的影響因素西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院23自燃溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院24表1某些氣體和液體燃料與空氣混合物在大氣壓力的著火溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院24表1某些氣體和液體燃料與表2一些固體燃料的著火溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院25表2一些固體燃料的著火溫度西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院26烷、烯、炔的著火溫度是烷烴最高（為飽和烴，所以活性低），炔烴最低（三價(jià)鍵不飽和烴，活性最強(qiáng)）。液體燃料著火溫度一般小于氣體燃料著火溫度?！⒁猓@里說的著火溫度是自燃的著火溫度。固體燃料中揮發(fā)分高的著火溫度低，無煙煤、焦炭揮發(fā)分很少，所以著火溫度最高。褐煤煤場、油爐空氣預(yù)熱器上積的油、制粉系統(tǒng)的積粉等等，在通風(fēng)不良（散熱Q2很小時(shí)），經(jīng)相當(dāng)長時(shí)間孕育，可燃物濃度達(dá)到著火限時(shí)，在低于室溫的情況下，也會自燃著火。著火溫度與燃料空氣混合物的濃度有關(guān)；通常用過量空氣系數(shù)α（實(shí)際空氣量/符合化學(xué)當(dāng)量比的空氣量）來表示西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院26烷、烯、炔的著火溫度是烷烴三、熱自燃界限西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院27pc-Tc之間的關(guān)系：pc↑，則Tc↓，混合氣體易發(fā)生自燃。由得到熱自燃條件：或二級反應(yīng)的反應(yīng)速度自燃的臨界壓力三、熱自燃界限西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院27pc-Tc之西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院28兩邊取對數(shù)：——謝苗諾夫方程令由于西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院28兩邊取對數(shù)：——謝苗諾夫方謝苗諾夫方程的正確性西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院29ClO2分解的自燃界限H2+Cl2的自燃界限謝苗諾夫方程的正確性西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院29ClO西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院30自燃溫度還和燃料與氧化劑的混合比相關(guān)。自燃溫度與混合氣成分關(guān)系臨界壓力與混合氣成分關(guān)系P或T↓，著火界限縮小。當(dāng)P或T下降到某一值時(shí)，著火界限下降成一點(diǎn)。當(dāng)P或T繼續(xù)↓，則任何混合氣成分都不能著火。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院30自燃溫度還和燃料與氧化劑的這些關(guān)系表明在一定的P(或T)下，并非所有混合氣成分都能著火，而是有一定的摩爾分?jǐn)?shù)范圍。超過這一范圍，混合氣就不能著火。如在T0-x關(guān)系曲線圖和pc-x關(guān)系曲線圖中，只有在x1-x2的濃度范圍內(nèi)混合氣才可能著火。稱x2(即含燃料量多的)為上限(或富燃料)，稱x1(即含燃料量少的)為下限(或貧燃料)。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院31這些關(guān)系表明在一定的P(或T)下，并非所有混合氣成分都能著火西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院32保持其他參數(shù)不變，則有對直徑d的球形容器，則有d↑

，則pc

↓，從而提高可燃物質(zhì)的著火性能。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院32保持其他參數(shù)不變，則有對直四、熱自燃孕育時(shí)間熱自燃孕育時(shí)間即為著火孕育期。直觀意義：指可燃物質(zhì)由可以反應(yīng)到燃燒出現(xiàn)的一段時(shí)間。定義：在可燃物質(zhì)已達(dá)到著火的條件下，由初始狀態(tài)到溫度驟升的瞬間所需的時(shí)間。定義式：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院33C0—可燃物質(zhì)初始摩爾濃度；Cc—可燃物質(zhì)著火時(shí)的摩爾濃度；wc,0—以摩爾濃度表示的初始反應(yīng)速度。四、熱自燃孕育時(shí)間熱自燃孕育時(shí)間即為著火孕育期。西安交通大學(xué)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院34曲線I，環(huán)境溫度T0=T01：qL>0，dT/dt＞0，所以溫度T隨時(shí)間t將不斷上升。又有d2T/dt2＜0，所以溫度曲線向下凹，T的變化是減速緩慢升高的，最后趨近于極限值TA。曲線Ⅱ，環(huán)境溫度T0=T02

：Tc以前，T變化情況與曲線I類似。Tc以后，由于qL>0，dT/dt＞0，所以T將繼續(xù)單調(diào)上升。但又有d2T/dt2＞0，所以T曲線向上凹。因?yàn)檫@時(shí)已經(jīng)開始燃燒，所以溫度的變化是增速升高的。當(dāng)T=Tc時(shí)，dqL/dt=0，溫度曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。曲線III，環(huán)境溫度升高到T0=T03

：由于初溫升高，著火孕育時(shí)間縮短。拐點(diǎn)—著火孕育時(shí)間著火過程中的溫度變化西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院34曲線I，環(huán)境溫度T0=T著火孕育時(shí)間與溫度、壓力之間關(guān)系西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院35假設(shè)容器壁對環(huán)境沒有散熱損失，則可燃物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱全部用于系統(tǒng)升溫，因此溫度與濃度之間存在著如下關(guān)系：即：代入∴Tm—燃料全部燃燒后燃燒產(chǎn)物的溫度。著火孕育時(shí)間與溫度、壓力之間關(guān)系西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院36將上式代入得：兩邊取對數(shù)：在壓力和混合氣成分保持不變的條件下，可以認(rèn)為西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院36將上式代入得：兩邊取對數(shù)：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院37代入式將得在溫度和混合氣成分不變時(shí)可以認(rèn)為西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院37代入式將得在溫度和混合氣成大量的熱自燃的實(shí)驗(yàn)證明，著火孕育期和溫度的關(guān)系確實(shí)可以整理成lnτi和1/T0的直線關(guān)系。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院38氣流中自燃的著火延遲和溫度的關(guān)系預(yù)混合氣：空氣＋燃料(Calorgas)大量的熱自燃的實(shí)驗(yàn)證明，著火孕育期和溫度的關(guān)系確實(shí)可以整理成同樣，lnτi與lnp也是直線關(guān)系。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院39(a)煤油；(b)Calorgas；(c)乙炔；(d)甲烷著火延遲與壓力的關(guān)系同樣，lnτi與lnp也是直線關(guān)系。西安交通大學(xué)能源與動力工

某些燃料與空氣反應(yīng)的活化能西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院40

[c1]環(huán)己烷已修改注意：著火溫度范圍內(nèi)求得的活化能一般不同于火焰?zhèn)鞑?即燃燒)條件下所得到的活化能。某些燃料與空氣反應(yīng)的活化能西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院3.3鏈?zhǔn)阶匀祭碚撘?、鏈?zhǔn)阶匀寂c熱自燃西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院41著火的熱自燃理論認(rèn)為熱自燃發(fā)生是由于在感應(yīng)期內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果使熱量不斷積累，從而導(dǎo)致反應(yīng)速度的自動加速。熱自燃理論可以解釋很多著火現(xiàn)象。如圖所示的一氧化碳著火濃度界限的實(shí)驗(yàn)結(jié)果從一個(gè)方面說明了熱自燃理論的正確性。CO著火界限3.3鏈?zhǔn)阶匀祭碚撘弧㈡準(zhǔn)阶匀寂c熱自燃西安交通大學(xué)能源與動但是也有很多現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用熱自燃理論是無法解釋的。有一些可燃混合氣在低壓下，其著火的臨界壓力與溫度的關(guān)系曲線也不像熱自燃理論所論述的那樣，即單調(diào)地下降且只有一個(gè)著火界限，而是著火界限呈半島形，且有2個(gè)或3個(gè)，甚至更多的著火界限。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院42H2+O2的著火界限但是也有很多現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用熱自燃理論是無法解釋的。有一些西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院43CH4+O2的著火界限乙烷+空氣的著火界限三個(gè)著火界限有些反應(yīng)在高壓區(qū)有多個(gè)著火界限出現(xiàn)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，著火并非在所有情況下都是由于放熱的積累引起的。鏈?zhǔn)阶匀祭碚撚锌赡芙忉屍渲械囊徊糠脂F(xiàn)象。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院43CH4+O2的著火界限乙二、鏈?zhǔn)阶匀紬l件鏈?zhǔn)阶匀祭碚撜J(rèn)為，使反應(yīng)自動加速并不一定需要熱量積累，而可以通過鏈的不斷分枝來迅速增加鏈載體的數(shù)量，從而導(dǎo)致反應(yīng)自動地加速直至著火。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院44如：氫和氧的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，反應(yīng)機(jī)理：①熱運(yùn)動生成氫原子——分子碰撞形成的

②鏈分枝的結(jié)果——1個(gè)氫原子反應(yīng)生成3個(gè)新的氫原子③鏈載體銷毀過程——銷毀速度與氫原子濃度成正比二、鏈?zhǔn)阶匀紬l件鏈?zhǔn)阶匀祭碚撜J(rèn)為，使反應(yīng)自動加速并不一定需要西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院45w1——熱的作用而生成鏈載體的速度；w2——由鏈分枝造成的鏈載體凈增加速度；w3——鏈載體的銷毀速度；n——鏈載體的瞬時(shí)濃度；g—鏈載體銷毀速度系數(shù)；f—鏈載體凈增加速度系數(shù)。鏈載體隨時(shí)間的變化為西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院45w1——熱的作用而生成鏈載西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院46∴令初始條件為：積分得西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院46∴令初始條件為：積分得以最終產(chǎn)物表示的反應(yīng)速度為西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院47a為一個(gè)鏈載體參加反應(yīng)后生成最終產(chǎn)物的分子數(shù)，在上述氫和氧反應(yīng)例子中，消耗1個(gè)氫原子將生成3個(gè)新的氫原子和2個(gè)水分子，所以a值為2。對于不分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，f＝0，φ＝－g。鏈載體濃度為定值，所以不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

不會發(fā)生著火。以最終產(chǎn)物表示的反應(yīng)速度為西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院47在低溫下，分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度很慢，而鏈中斷反應(yīng)速度卻很快，因此φ＜0。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院48表明這種情況下的反應(yīng)是穩(wěn)定的，不會發(fā)展成著火。在低溫下，分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度很慢，而鏈中斷反應(yīng)速度卻很快，因此西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院49分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程當(dāng)溫度T↑時(shí)

，f↑，g不變，φ↑→φ＞0，n、w隨t指數(shù)增大。由于w1很小，當(dāng)t<τi，反應(yīng)非常緩慢。當(dāng)t>τi，鏈載體增殖→著火。這種著火方式稱為鏈?zhǔn)阶匀?，不穩(wěn)定。反應(yīng)物耗盡，w↓

西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院49分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程當(dāng)溫度T

在某個(gè)溫度下，可使φ=0，即鏈載體增殖速度與銷毀速度達(dá)到平衡，f=g。則有：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院50反應(yīng)速度w隨時(shí)間t直線增加，但由于w1很小，所以在這種情況下，直到反應(yīng)物耗盡也不會著火。 在某個(gè)溫度下，可使φ=0，即鏈載體增殖速度與銷毀速度達(dá)到平西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院51φ＞0，著火，反應(yīng)不穩(wěn)定。φ＜0，反應(yīng)穩(wěn)定，反應(yīng)速度趨于定值。φ=0，為由穩(wěn)定狀態(tài)向自行加速的非穩(wěn)定狀態(tài)過渡的臨界條件。稱φ=0的條件為鏈?zhǔn)阶匀紬l件，相應(yīng)的溫度為鏈?zhǔn)阶匀紲囟?。分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院51φ＞0，著火，反應(yīng)不穩(wěn)定。三、鏈?zhǔn)阶匀荚杏龝r(shí)間定義：從反應(yīng)開始到反應(yīng)速度明顯加快的瞬間所需要的時(shí)間τi。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院52此時(shí)的反應(yīng)速度為：在感應(yīng)期內(nèi)φ較大，則eφτi>>1，φ≈f，則有三、鏈?zhǔn)阶匀荚杏龝r(shí)間定義：從反應(yīng)開始到反應(yīng)速度明顯加快的瞬間西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院53兩邊取對數(shù)，整理得常數(shù)∴φ↑時(shí)，感應(yīng)期τi↓西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院53兩邊取對數(shù)，整理得常數(shù)∴φ3.4強(qiáng)迫點(diǎn)燃理論一、強(qiáng)迫點(diǎn)燃與熱自燃西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院54熱自燃強(qiáng)迫點(diǎn)燃條件

Q1=Q2，

Tw=Tδ，

過程自發(fā)整個(gè)空間，可燃混合物WC很慢→放熱→升溫→多放熱→再升溫：積蓄→達(dá)到著火強(qiáng)制，局部→整個(gè)空間，用高溫物體置于可燃混合物中，溫差→熱傳遞，邊界層內(nèi)加熱→著火溫度→著火原理上均是化學(xué)反應(yīng)急劇加速的結(jié)果外界溫度有一定限制無要求熱自燃與強(qiáng)迫點(diǎn)燃對比3.4強(qiáng)迫點(diǎn)燃理論一、強(qiáng)迫點(diǎn)燃與熱自燃西安交通大學(xué)能源與動強(qiáng)迫點(diǎn)燃的參數(shù)：

點(diǎn)燃溫度、點(diǎn)燃孕育時(shí)間、點(diǎn)燃濃度界限和點(diǎn)火源尺寸。影響因素：

可燃物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、濃度、溫度、壓力、點(diǎn)燃方法、點(diǎn)火能和可燃物質(zhì)的流動性質(zhì)等。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院55強(qiáng)迫點(diǎn)燃的參數(shù)：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院55二、強(qiáng)迫點(diǎn)燃方式熾熱物體點(diǎn)燃——點(diǎn)燃靜止的或低速流動的可燃物質(zhì)。電火花點(diǎn)燃——點(diǎn)燃低速流動的易燃的氣體燃料，如汽油發(fā)動機(jī)中預(yù)混合氣內(nèi)的電火花點(diǎn)火。火焰點(diǎn)燃——點(diǎn)火能量大，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院56二、強(qiáng)迫點(diǎn)燃方式熾熱物體點(diǎn)燃——點(diǎn)燃靜止的或低速流動的可燃物三、熾熱物體點(diǎn)燃理論西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院57把一熾熱物體放在靜止的氣體中，且Tw＞T0，熾熱物體與周圍氣體的換熱情況有以下幾種：氣體為不可燃?xì)怏w的溫度分布（不含化學(xué)反應(yīng)）氣體為可燃?xì)怏w的實(shí)際溫度分布（含化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)放熱1.物體表面溫度Tw較低，如Tw=Tw1時(shí)，若氣體為可燃?xì)怏w，則可燃?xì)怏w只有微弱的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生少量熱量，使溫度分布發(fā)生了變形，如右圖虛線所示。此時(shí)物體表面溫度梯度為負(fù)值，即(dT/dx)w＜0。三、熾熱物體點(diǎn)燃理論西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院57把一熾西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院58氣體為不可燃?xì)怏w的溫度分布（不含化學(xué)反應(yīng)）氣體為可燃?xì)怏w的實(shí)際溫度分布（含化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)放熱2.若Tw升高，則可燃?xì)怏w化學(xué)反應(yīng)速度w↑，放熱量↑，(dT/dx)w↑，陰影區(qū)域擴(kuò)大，總可以找到這樣的一個(gè)溫度Tw2，使熾熱物體表面與氣體沒有熱量交換，在壁面處(dT/dx)w=0，邊界層處放熱=散熱。Tw2—臨界溫度，稱為強(qiáng)迫點(diǎn)燃溫度。點(diǎn)燃臨界條件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院58氣體為不可燃?xì)怏w的溫度分布西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院59氣體為不可燃?xì)怏w的溫度分布（不含化學(xué)反應(yīng)）氣體為可燃?xì)怏w的實(shí)際溫度分布（含化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)放熱3.若Tw進(jìn)一步升高，如Tw=Tw3時(shí)，反應(yīng)速度進(jìn)一步加快，放熱>散熱，由于熱量積累，反應(yīng)會自動地加速到著火。此時(shí)火焰溫度比壁溫高得多，如右圖虛線所示。壁面處溫度梯度將出現(xiàn)正值，即(dT/dx)w＞0。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院59氣體為不可燃?xì)怏w的溫度分布球形熾熱物體點(diǎn)燃條件的求解：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院60在球體附近的邊界層內(nèi)距壁面x處取一微元可燃?xì)怏w，微元?dú)怏w厚度為dx。設(shè)微元體與x軸垂直的兩個(gè)表面積均為ds。導(dǎo)入熱量導(dǎo)出熱量

反應(yīng)產(chǎn)熱λ—導(dǎo)熱系數(shù)；Q—反應(yīng)熱；w—反應(yīng)速度。球形熾熱物體點(diǎn)燃條件的求解：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院6西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院61由能量守恒有:q1-q2+q3=0代入整理得：∴西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院61由能量守恒有:q1-q西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院62設(shè)球體附近化學(xué)反應(yīng)的邊界層厚度為δ，其邊界上的溫度為Tδ。由于δ很小，所以可近似的認(rèn)為Tw=Tδ。邊界層向外散失熱量為Tδ從邊界上導(dǎo)出的熱量為α—對流換熱系數(shù)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院62設(shè)球體附近化學(xué)反應(yīng)的邊界層西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院63由邊界上的熱量平衡有即邊界條件，，，，

令，則有西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院63由邊界上的熱量平衡有即邊界西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院64邊界條件變?yōu)?，，，，積分有：取負(fù)號是因?yàn)閷ξ靼步煌ù髮W(xué)能源與動力工程學(xué)院64邊界條件變?yōu)椋?，，，積分有西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院65因?yàn)門w-T0>0，所以根號前負(fù)號消掉。先求解在邊界層內(nèi)所以有西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院65因?yàn)門w-T0>0，所以根西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院66∴積分有∴熾熱物體點(diǎn)燃的具體條件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院66∴積分有∴熾熱物體點(diǎn)燃的具西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院67熾熱球形物體放在靜止的可燃?xì)怏w中時(shí)，Nu=2，則Tw溫度下能點(diǎn)燃的最小圓球直徑d為：其他條件不變時(shí)，隨著d↑，臨界點(diǎn)燃溫度↓，可燃?xì)怏w容易被點(diǎn)燃。點(diǎn)燃溫度Tw與熱球直徑d的關(guān)系(在煤氣中點(diǎn)燃)西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院67熾熱球形物體放在靜止的可燃強(qiáng)迫點(diǎn)燃的點(diǎn)火孕育期定義：當(dāng)點(diǎn)火源與可燃?xì)怏w接觸后到出現(xiàn)火焰的一段時(shí)間。與點(diǎn)燃溫度有關(guān)。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院68點(diǎn)火溫度與點(diǎn)火孕育期的關(guān)系(混合氣：汽油和氧氣)欲縮短點(diǎn)火孕育期就必須提高熾熱物體的溫度。強(qiáng)迫點(diǎn)燃的點(diǎn)火孕育期定義：當(dāng)點(diǎn)火源與可燃?xì)怏w接觸后到出現(xiàn)火焰3.5火焰?zhèn)鞑?.氣體燃料的燃燒過程的三個(gè)階段①燃料與空氣的混合階段②可燃混合氣的加熱與著火階段③完成燃燒化學(xué)反應(yīng)階段2.火焰?zhèn)鞑?.5火焰?zhèn)鞑?.氣體燃料的燃燒過程的三個(gè)階段①燃一、火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象?

可燃混合氣中火焰的傳播——正常火焰?zhèn)鞑?

爆燃現(xiàn)象一、火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象?可燃混合氣中火焰的傳播——正常二、正常火焰?zhèn)鞑?.火焰前鋒——未燃?xì)怏w和已燃?xì)怏w的分界面，亦稱火焰前沿(flamefront)

1.火焰?zhèn)鞑ァ扇蓟旌蠚馕锏木植渴紫戎穑鸩糠窒蛭慈疾糠謧鬟f熱量和活性粒子，使之相繼著火的過程二、正?；鹧?zhèn)鞑?.火焰前鋒——未燃?xì)怏w和已燃?xì)怏w的分3.火焰?zhèn)鞑ニ俣取鹧媲颁h沿其法線方向朝新鮮可燃混合氣移動(傳播)的速度，用wl(m/s)

表示可燃混合氣中的正?；鹧?zhèn)鞑?.火焰?zhèn)鞑ニ俣取鹧媲颁h沿其法線方向朝新鮮可燃混4.本生燈錐形火焰正常傳播

速度wl的確定(1)

本生燈原理?

燃?xì)?、空氣混合，形成均?/p>

可燃混合氣?

點(diǎn)燃后，形成穩(wěn)定的錐體形

層流火焰?

a

>1，內(nèi)錐為藍(lán)色預(yù)混焰錐，

外錐為紫紅色燃燒產(chǎn)物火焰?

a<1，內(nèi)錐為藍(lán)色預(yù)混火焰，

外錐變?yōu)辄S色擴(kuò)散火焰本生燈原理及其火焰示意圖4.本生燈錐形火焰正常傳播(1)本生燈原理?燃?xì)?、?2)

通過測量層流預(yù)混火焰錐測定火焰正常傳播速度?

穩(wěn)定狀態(tài)下，燈口流出可燃混合氣量

與整個(gè)內(nèi)錐焰面上燃燒掉的氣量相等Af

——

燈口出口截面積，m2；AF

——火焰內(nèi)錐表面積，m2；w——燈口出口處平均流速，m/s。

?

幾何關(guān)系本生燈火焰錐(2)通過測量層流預(yù)混火焰錐測定火焰正常傳播速度?穩(wěn)?

設(shè)管內(nèi)可燃混合氣的流量為qV(m3/s)

?

本生燈錐形火焰正常傳播速度vL(m/s)

本生燈火焰錐?設(shè)管內(nèi)可燃混合氣的流量為qV(m3/s)?本生燈5.本生燈實(shí)際火焰錐及其特點(diǎn)本生燈實(shí)際火焰錐本生燈火焰中各部位的火焰前鋒正常傳播速度5.本生燈實(shí)際火焰錐及其特點(diǎn)本生燈實(shí)際火焰錐本生燈火焰可燃混合氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(293K，0.101MPa)的火焰前鋒正常傳播速度可燃混合氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(293K，0.101MPa)正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑サ臋C(jī)理有三種理論：熱理論：認(rèn)為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C(jī)理為從反應(yīng)區(qū)到未燃區(qū)域的熱傳導(dǎo)擴(kuò)散理論：認(rèn)為來自反應(yīng)區(qū)的鏈載體的逆向擴(kuò)散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩鼐C合理論：認(rèn)為熱的傳導(dǎo)和活性粒子的擴(kuò)散對火焰?zhèn)鞑タ赡苡型戎匾挠绊懻；鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑サ臋C(jī)理有三種理論：熱理論：認(rèn)為控三、火焰正常傳播速度的理論求解及分析－∞<x≤0

為可燃混合氣預(yù)熱區(qū)0≤x≤d

為可燃混合氣燃燒區(qū)

(d為燃燒區(qū)的寬度)d≤x<＋∞為燃燒產(chǎn)物區(qū)一維層流燃燒室中氣體工質(zhì)的溫度和燃料濃度變化三、火焰正常傳播速度的理論求解及分析－∞<x≤0一維層流燃(1)

可燃混合氣在開始著火之前的溫度變化規(guī)律?描述一維層流燃燒室系統(tǒng)中具有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的導(dǎo)熱微分方程式?連續(xù)性方程?因此(1)可燃混合氣在開始著火之前的溫度變化規(guī)律?描述一維?在－∞<x≤0的預(yù)熱區(qū)內(nèi)，可燃混合氣沒有發(fā)生燃燒反應(yīng)?求解可得可燃混合氣在－∞<x≤0范圍內(nèi)的溫度變化規(guī)律?邊界條件?在－∞<x≤0的預(yù)熱區(qū)內(nèi)，可燃混合氣沒有發(fā)生燃燒反應(yīng)?求解過程?求解過程?可燃混合氣在－∞<x≤0范圍內(nèi)的溫度變化規(guī)律

——

氣體介質(zhì)在－∞<x≤0的平均熱導(dǎo)率，W/(m·K)可見：在－∞<x≤0范圍內(nèi)，可燃混合氣的溫度按指數(shù)規(guī)律

由初溫T0升高至其著火溫度TB

?可燃混合氣在－∞<x≤0范圍內(nèi)的溫度變化規(guī)律(2)

一維燃燒室中火焰前鋒正常傳播速度?近似地假設(shè)燃燒區(qū)中的溫度

如圖中虛線按直線規(guī)律升高?燃燒區(qū)中的溫度梯度?

引入x＝0處的溫度梯度,則

一維層流燃燒室中氣體工質(zhì)的溫度和燃料濃度變化(2)一維燃燒室中火焰前鋒正常傳播速度?近似地假設(shè)燃燒?假定在單位時(shí)間內(nèi)流入燃燒區(qū)的可燃混合氣完全在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，則可得——

可燃混合氣在燃燒區(qū)內(nèi)(0≤x≤d)的平均化學(xué)反應(yīng)速度c0——

可燃混合氣的初始濃度?因此?假定在單位時(shí)間內(nèi)流入燃燒區(qū)的可燃混合氣完全在該區(qū)域內(nèi)——?對于一維定常流動，可燃混合氣進(jìn)口流速v0恰好保持火焰前

鋒靜止不動，則v0即為火焰前鋒的正常傳播速度vL

若可燃混合氣在燃燒區(qū)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間為t，則再令氣體介質(zhì)的平均熱擴(kuò)散率，則?可見，對于給定的可燃混合氣，如果不考慮燃燒室以及外界的影響，火焰前鋒的正常傳播速度則可看為可燃混合氣的主要物理化學(xué)特征?對于一維定常流動，可燃混合氣進(jìn)口流速v0恰好保持火焰前若定性結(jié)論：?火焰前鋒正常傳播速度與燃燒室中氣體介質(zhì)平均熱導(dǎo)率的平方根成正比，而與氣體介質(zhì)的比定壓熱容的平方根成反比?將可燃混合氣預(yù)熱后再送入燃燒室，可提高火焰正常傳播速度；火焰正常傳播速度隨著燃燒室中燃燒溫度的降低而減小?火焰正常傳播速度隨著可燃混合氣的熱效應(yīng)及燃燒反應(yīng)速度的降低而減小?

可燃混合氣中的空氣量不足或過多均將導(dǎo)致燃燒溫度降低，從而降低火焰正常傳播速度定性結(jié)論：?火焰前鋒正常傳播速度與燃燒室中氣體介質(zhì)平均熱導(dǎo)2.澤利多維奇-弗蘭克-卡梅涅茨基近似分析方法?將一維層流火焰分為預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)兩個(gè)區(qū)域?基本假定為：1)燃燒過程中，系統(tǒng)壓力和物質(zhì)的量維持恒定；2)氣體介質(zhì)熱物理參數(shù)cp和l為常數(shù)；3)質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D等于熱擴(kuò)散率a()；4)火焰為一維穩(wěn)定層流火焰，wga＝wl

。2.澤利多維奇-弗蘭克-卡梅涅茨基近似分析方法?將一維?預(yù)熱區(qū)能量方程(略去靠近反應(yīng)區(qū)的少量反應(yīng))一維層流火焰的澤利多維奇-弗蘭克-卡梅涅茨基近似分析模型邊界條件：時(shí)，?

求解，得?預(yù)熱區(qū)能量方程(略去靠近反應(yīng)區(qū)的少量反應(yīng))一維層流火焰?反應(yīng)區(qū)能量方程?即(l假定為常數(shù))?邊界條件：當(dāng)x＝0時(shí)，T＝Tb，當(dāng)x＝d時(shí)，T＝Tr，dT/dx＝0?反應(yīng)區(qū)能量方程?即(l假定為常數(shù))?邊界條件：當(dāng)?求解反應(yīng)區(qū)能量方程，可得?于是，可得?求解反應(yīng)區(qū)能量方程，可得?于是，可得?略去預(yù)熱區(qū)內(nèi)的少量反應(yīng)，則?因此?假定著火溫度與火焰溫度非常接近：?因此可得：?略去預(yù)熱區(qū)內(nèi)的少量反應(yīng)，則?因此?假定著火溫度與火焰?假設(shè)燃燒反應(yīng)為n級化學(xué)反應(yīng)，則?作指數(shù)展開，并求解得?假設(shè)燃燒反應(yīng)為n級化學(xué)反應(yīng)，則?作指數(shù)展開，并求解得?對于一維定常流動，可燃混合氣進(jìn)口流速v0恰好保持火焰前

鋒靜止不動，v0即為火焰前鋒的正常傳播速度vL

?對于一維定常流動，可燃混合氣進(jìn)口流速v0恰好保持火焰前二、火焰正常傳播速度的主要影響因素主要影響因素：?可燃混合氣自身的特性?壓力?溫度?組成結(jié)構(gòu)?惰性氣體含量?添加劑等二、火焰正常傳播速度的主要影響因素主要影響因素：1.過量空氣系數(shù)的影響典型燃料的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c過量空氣系數(shù)的關(guān)系1.過量空氣系數(shù)的影響典型燃料的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c過量空單一可燃?xì)怏w與空氣混合物的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c相應(yīng)的過量空氣系數(shù)單一可燃?xì)怏w與空氣混合物的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c相應(yīng)的過量空氣系2.燃料分子結(jié)構(gòu)的影響

典型燃料的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c過量空氣系數(shù)的關(guān)系

燃料分子中碳原子數(shù)對最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?.燃料分子結(jié)構(gòu)的影響典型燃料的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂戏?.溫度的影響

(1)可燃混合氣初始溫度T0的影響

預(yù)熱溫度對燃燒速度的影響?預(yù)熱溫度對城市煤氣

(熱值為20934kJ·m-3，密度為0.5kg·m-3)燃燒速度的影響3.溫度的影響(1)可燃混合氣初始溫度T0的影響?可燃混合氣初始溫度T0對火焰?zhèn)鞑ニ俣葁l影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可燃混合氣初溫對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?可燃混合氣初始溫度T0對火焰?zhèn)鞑ニ俣葁l影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?

vL和T0的關(guān)系式：

典型可燃?xì)怏wwl(m·s-1)和T0(K)關(guān)系式()中的實(shí)驗(yàn)常數(shù)值

?vL和T0的關(guān)系式：典型可燃?xì)怏wwl(m·s-1)(2)火焰溫度Tr的影響火焰溫度對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懭紵^程的化學(xué)反應(yīng)速度隨著溫度的升高而顯著提高，從而大大提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?2)火焰溫度Tr的影響火焰溫度對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懭紵?.壓力的影響

?壓力p對火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懙膶?shí)驗(yàn)關(guān)系式m——劉易斯壓力指數(shù)，m＝n/2－1；n——燃燒反應(yīng)級數(shù)(1)

當(dāng)vL<0.50m/s，n<2，m<0，vL隨著p的升高而減??；(2)

當(dāng)0.50m/s<

vL<1.00m/s，n=2，m=0，vL與p的變化無關(guān)；(3)

當(dāng)vL>1.00m/s，n>2，m>0，vL隨著

p

的升高而增大。4.壓力的影響?壓力p對火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懙膶?shí)驗(yàn)關(guān)系?多數(shù)碳?xì)浠衔锏膎<2，故其vL隨著壓力p的升高而下降

甲烷-空氣混合物的火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c壓力的關(guān)系?多數(shù)碳?xì)浠衔锏膎<2，故其vL隨著壓力p的升高而下降?

流過火焰表面的可燃混合氣質(zhì)量流速r0vL(kg·m-2·s-1)

與壓力p的關(guān)系r0wl

——單位火焰表面反應(yīng)速度n——燃燒反應(yīng)級數(shù)?流過火焰表面的可燃混合氣質(zhì)量流速r0vL(kg·m-2

壓力對最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?－丁二烯(3.68%)與He＋O2；2－乙烯(7%)；3－乙烯(9%)；4－汽油；5－庚烷；6－三甲基戊烷(22.4%)；7－丁二烯(3.68%)與N2＋O2(圓括號中數(shù)值為體積分?jǐn)?shù))壓力對最大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?－丁二烯(3.68%)與H5.惰性組分的影響

可燃混合氣中摻入的惰性組分對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?.惰性組分的影響可燃混合氣中摻入的惰性組分對火焰?zhèn)鞑ニ?惰性組分N2、CO2對vL的影響——

考慮惰性組分影響前、后的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，m/s

——可燃混合氣中N2、CO2的體積分?jǐn)?shù)?惰性組分N2、CO2對vL的影響——考慮惰性組分影響3.6燃燒熱工況燃燒熱工況問題：討論氣流（燃料與助燃?xì)怏w的混合物）的溫度在某一系統(tǒng)中如何變化的問題。一般情況下，溫度與燃燒反應(yīng)速度這兩個(gè)因素是相互促進(jìn)的。燃燒加強(qiáng)以后使溫度升高，溫度升高以后更使燃燒加強(qiáng)。但是有時(shí)條件不利的話，也可能使這兩個(gè)因素相互促退。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院1093.6燃燒熱工況燃燒熱工況問題：討論氣流（燃料與助燃?xì)怏w的一、零元系統(tǒng)的燃燒熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院110零元系統(tǒng)：也稱為“強(qiáng)烈攪拌的模型”。一、零元系統(tǒng)的燃燒熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院110西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院111系統(tǒng)產(chǎn)熱情況爐膛容積中的產(chǎn)熱率：

按氣流可燃成分的消耗率計(jì)算：

消去C有：Q—燃料與空氣混合物的發(fā)熱量；—?dú)饬鞯拿芏?；西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院111系統(tǒng)產(chǎn)熱情況爐膛容積中的西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院112單位產(chǎn)熱量q1與溫度T的關(guān)系如把產(chǎn)熱率分?jǐn)偨o每1m3流過爐膛的的氣體，則得單位產(chǎn)熱量：停留時(shí)間西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院112單位產(chǎn)熱量q1與溫度T的系統(tǒng)散熱情況氣流所帶走的散熱量：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院113Cp—比熱容。單位散熱量q2與溫度T的關(guān)系如果T0↑，q2直線就平行向右移動。每1m3氣體的單位散熱量：系統(tǒng)散熱情況氣流所帶走的散熱量：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)零元系統(tǒng)的熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院114零元系統(tǒng)燃燒的熱工況如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2I位置，一個(gè)交點(diǎn)A′，氣流熄火。如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2III位置，一個(gè)交點(diǎn)C′，氣流正常燃燒。如果產(chǎn)熱和散熱曲線處于q1與q2II位置，三個(gè)交點(diǎn)，氣流可能熄火，也可能正常燃燒。零元系統(tǒng)的熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院114零元系統(tǒng)零元系統(tǒng)的熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院115交點(diǎn)A，穩(wěn)定點(diǎn)。氣流熄火。交點(diǎn)C，穩(wěn)定點(diǎn)，氣流正常燃燒。交點(diǎn)B，不穩(wěn)定點(diǎn)。如果溫度脈動向低溫方向，則交點(diǎn)移動到A點(diǎn)，發(fā)生熄火；如果溫度脈動向高溫方向，則交點(diǎn)移動到B點(diǎn)，正常燃燒。零元系統(tǒng)燃燒的熱工況零元系統(tǒng)的熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院115交點(diǎn)A，各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院116停留時(shí)間0增加，q1上移，熄火的可能性減小，燃燒穩(wěn)定性改善。發(fā)熱量Ｑ增加時(shí),q1在縱坐標(biāo)方向成比例地放大,可使燃燒穩(wěn)定性改善。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響西安交通大學(xué)能源與動力工各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院117當(dāng)燃料的活化能E減小的時(shí)候，q1曲線向上移動。當(dāng)燃料的頻率因子k0增加的時(shí)候，其效果與停留時(shí)間τ0增加是一樣的，q1曲線向上移動。這兩個(gè)物理量的變化表明，提高燃料化學(xué)反應(yīng)的活性，可以使燃燒的穩(wěn)定性改善。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響西安交通大學(xué)能源與動力工西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院118氣流的初溫T0升高時(shí)，q2線平行向右移動，燃燒穩(wěn)定性改善。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院118氣流的初溫T0升高時(shí)，q當(dāng)分析實(shí)際的燃燒室的時(shí)候，燃燒室的壁面不是絕熱的，需要把火焰對燃燒室壁面的輻射散熱考慮進(jìn)去，則散熱率為：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院119其中＝4.9×10-8

lζSyx為決定燃燒室結(jié)構(gòu)的系數(shù)；ζ－燃燒室壁面的污垢系數(shù)；Syx－有效輻射受熱面積；l－燃燒室系統(tǒng)黑度。當(dāng)分析實(shí)際的燃燒室的時(shí)候，燃燒室的壁面不是絕熱的，需要把火焰西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院120當(dāng)Syx↑，或ζ↑

，或l

↑

，則導(dǎo)熱系數(shù)

↑

，從而散熱增強(qiáng)，q2曲線向左移動，燃燒的穩(wěn)定性下