燃?xì)馊紵磻?yīng)動(dòng)力學(xué).ppt

1、第二章 燃?xì)馊紵磻?yīng)動(dòng)力學(xué),第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速度及其影響因素 第二節(jié) 燃?xì)馊紵磻?yīng)的機(jī)理 第三節(jié) 燃?xì)獾闹?第四節(jié) 燃?xì)獾狞c(diǎn)火,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速度及其影響因素,一、化學(xué)反應(yīng)速度的表征 化學(xué)反應(yīng)速度：一般用單位時(shí)間內(nèi)單位體積中反應(yīng)物消耗的摩爾數(shù)來(lái)衡量。 二、影響化學(xué)反速度的因素濃度、壓力和溫度 、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響 n=a+b稱為該化學(xué)反應(yīng)的總級(jí)數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定，簡(jiǎn)單反應(yīng)的級(jí)數(shù)常常與反應(yīng)分子數(shù)相同。,二、壓力對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響 情況一：有Nmol氣體充滿體積為V1的容器，壓力為p1，則反應(yīng)速度為 情況二：溫度不變情況下，改變?nèi)萜鞯捏w積為V2，對(duì)應(yīng)的壓力為p2，則反應(yīng)速度為,三、溫度

2、對(duì)反應(yīng)速度的影響 Arrhenius 方程： 該方程是一經(jīng)驗(yàn)公式。也可以從氣體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)而來(lái)。 設(shè)氣體的總分子數(shù)為N0，則其能量分布關(guān)系式為,式中：E，分子動(dòng)能，J/mol。設(shè)摩爾質(zhì)量，則,活化能Ea：分子活化而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)具有的最小能量。 能量超過(guò)Ea的分子數(shù)Na（活化分子數(shù)）為,W0，假定所有分子碰撞均有效時(shí)的反應(yīng)速度。,附：活化能Ea的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,作圖lnW-1/T，得到一條直線，用最小二乘法求出直線的斜率，進(jìn)而求得活化能Ea。,第二節(jié)燃?xì)馊紵磻?yīng)的機(jī)理鏈反應(yīng),鏈反應(yīng)：由大量反復(fù)循環(huán)的連串反應(yīng)組成。 鏈反應(yīng)特性：一旦被引發(fā)，就會(huì)相繼發(fā)生系列基元 反應(yīng)，直至反應(yīng)物消耗殆盡或通過(guò)外加 因素

3、使鏈環(huán)中斷為止。 鏈反應(yīng)由三個(gè)步驟組成： 1) 鏈的開始（或鏈的引發(fā)）：產(chǎn)生自由原子或 自由基（稱為活化中心）。 2) 鏈的傳遞：活化中心與一般分子反應(yīng)，在生成 產(chǎn)物的同時(shí)，能再生新的活化中心， 使反應(yīng)不斷進(jìn)行下去。 3) 鏈的終止：某一活化中心一旦變?yōu)橐话惴肿樱?則由原始傳遞物引發(fā)的這條鏈就被中斷。,直鏈反應(yīng)舉例：H2+Cl2=2HCl 1) Cl2+M 2Cl+M 鏈的開始 2) Cl+H2 HCl+H 3) H+Cl2 HCl+Cl 4) 2Cl+MCl2+M 鏈的終止,支鏈反應(yīng)舉例：2H2+O2=2H2O,鏈的開始：最初的活化中心可能按下列方式得到 H2+O2 2OH H2+M 2H+

4、M O2+O2 O3+O 鏈的傳遞： H+O2 O+OH O+H2 H+OH OH+H2 H+H2O 課本上還給出了CO和CH4的燃燒機(jī)理。 燃?xì)馊紵磻?yīng)都是支鏈反應(yīng)。,鏈的終止： 2H+M H2+M H+OH+M H2O+M,第三節(jié) 燃?xì)獾闹?任何可燃?xì)怏w在一定條件下與氧接觸，都要發(fā)生氧化反應(yīng)。 1、穩(wěn)定的氧化反應(yīng) 活化中心濃度增加的數(shù)量正好補(bǔ)償其銷毀的數(shù)量； 生成的熱量等于散失的熱量。 2、不穩(wěn)定的氧化反應(yīng) 活化中心濃度增加的數(shù)量大于其銷毀的數(shù)量； 生成的熱量大于散失的熱量。 由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)而引起燃燒的一瞬間，稱為著火。根據(jù)起因不同分為支鏈著火和熱力著火。,一、支

5、鏈著火,一、支鏈反應(yīng)速度與壓力、溫度的關(guān)系,壓力下限與可燃混合物的組成（惰性氣體、雜質(zhì)）及 容器形狀有關(guān)，與溫度關(guān)系不大； 壓力上限對(duì)惰性氣體、雜質(zhì)敏感，與溫度關(guān)系很大， 與容器形狀無(wú)關(guān)。,二、支鏈著火機(jī)理,假設(shè)：反應(yīng)在等溫下進(jìn)行。 活化中心的產(chǎn)生速度： 式中，Ca，活化中心的濃度；W0，分子活化產(chǎn)生活化中心的速度；f，由支鏈反應(yīng)使活化中心增加的速度系數(shù)；g，活化中心銷毀的速度系數(shù)。,不同情況討論： ,說(shuō)明： 1、支鏈反應(yīng)著火前存在感應(yīng)期，感應(yīng)期的長(zhǎng)短取決于初始的活化中心濃度。 2、壓力決定W0和,二、熱力著火,1、熱力著火機(jī)理 設(shè)容器體積V，壁面面積F，壁面溫度T0，反應(yīng)物的溫度T，反應(yīng)物的

6、濃度CA、CB，那么 單位時(shí)間內(nèi)容器中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為,單位時(shí)間內(nèi)混合物通過(guò)容器向外的散熱為,著火點(diǎn)溫度下有：,Ti與T0的關(guān)系：,2、影響熱力著火的因素,（）改變爐膛壁溫（加熱），可使燃?xì)膺_(dá)到著火點(diǎn)溫度。 （）改變爐膛壁面的保溫效果，即散熱線的斜率降低，引起著火點(diǎn)溫度改變。,（）不改變散熱線，改變反應(yīng)的壓力，即改變反應(yīng)速度，從而改變了發(fā)熱線的位置，引起著火點(diǎn)溫度改變。 （）改變?nèi)細(xì)獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)（改變組成），即改變了H、k0和Ea，從而改變著火點(diǎn)溫度。 （）改變混合物中的可燃?xì)怏w濃度，著火點(diǎn)溫度改變。,第四節(jié)燃?xì)獾狞c(diǎn)火,強(qiáng)制點(diǎn)火：將小熱源放入可燃混合物中，貼近熱源周圍的一層混合物被迅速加

7、熱并開始燃燒產(chǎn)生火焰，然后向系統(tǒng)冷的部分傳播，使可燃混合物逐步著火燃燒。 強(qiáng)制點(diǎn)火與支鏈著火、熱力著火的區(qū)別？,一、強(qiáng)制點(diǎn)火機(jī)理,3、點(diǎn)火成功時(shí)，灼熱顆粒表面形成的火焰層的厚度 設(shè)火焰內(nèi)側(cè)的最高溫度為Tf，根據(jù)熱平衡可求火焰層厚度。,、強(qiáng)制點(diǎn)火溫度比自動(dòng)著火點(diǎn)溫度要高。 、點(diǎn)火成功時(shí)，灼熱固體顆粒表面的溫度梯度dT/dx=0。,二、熱球或熱棒點(diǎn)火,點(diǎn)燃條件：,當(dāng)Tw=Tis時(shí)，上式取等號(hào)。,灼熱顆粒點(diǎn)火的影響因素：,三、扁平火焰點(diǎn)火,實(shí)驗(yàn)表明，扁平點(diǎn)火火焰的臨界厚度是火焰穩(wěn)定傳播時(shí)焰面厚度的兩倍。,影響因素分析： 1.要點(diǎn)燃導(dǎo)熱率大的可燃物，要用溫度高厚度大的火焰。 2.若可燃物的析熱率高，點(diǎn)

8、火火焰的臨界厚度可以減小。 若燃燒為二級(jí)化學(xué)反應(yīng)，臨界厚度與壓力成反比。,課后自行思考其它的影響因素，并進(jìn)行分析。,四、電火花點(diǎn)火,1、電火花點(diǎn)火機(jī)理 電火花點(diǎn)火：把兩個(gè)電極放在可燃混合物中，通高壓 電，打出火花，使混合物點(diǎn)火。 電火花點(diǎn)火分兩個(gè)階段： 第一階段 電火花加熱可燃混合物使之局部著火， 形成初始火焰中心。 第二階段 初始火焰中心向未著火的混合物傳播， 使其燃燒。 第一階段引出最小點(diǎn)火能Emin的概念；第二階段引出熄火距離dq的概念。,最小點(diǎn)火能Emin 當(dāng)電極間可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時(shí)，若要形成初始火焰中心，放電量必須有一最小值。 初始火焰中心必須要達(dá)到一定的尺寸，使其析熱率足以抵償預(yù)熱外層未燃?xì)怏w的熱損失率。,最小點(diǎn)火能就是為建立臨界最小尺寸火焰 所需要的最小能量。,熄火距離dq 點(diǎn)火能與電極間距的關(guān)系見上圖。,最小點(diǎn)火能Emin和熄火距離dq隨混合物中燃?xì)夂康淖兓€均呈U形。 最小點(diǎn)火能Emin最小值和熄火距離dq的最小值一般都在靠近化學(xué)計(jì)量混合比之處。,2、電火花點(diǎn)火所需形成的最小火球尺寸,電火花點(diǎn)火形成火球，其最高溫度是混合氣的理論燃燒溫度Tm。 若點(diǎn)火