着火理论

d2T/dt2<0 d2T/dt2=0 d2T/dt2>0
a c
b
q ´ l3 q ´ l4
T ∞Ⅰ T ∞Ⅱ T ∞Ⅲ T ∞Ⅳ (a)
二、着火感应期
（2）作T~t曲线图
T
q´g q ´ l1 q ´ l2
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
b Tc c a T ∞Ⅰ T ∞Ⅱ T ∞Ⅲ T ∞Ⅳ
q ´ l3 q ´ l4
Ⅰ
（7） 两边取对数得：
PC2 hsR3 E ln 4 ln TC HCVK0 X f (1 X f ) RTC
2
2、有关自燃温度的重要结论：在具备热 T T RTC C 0 E 自燃的条件时，自热温度和环境温度（初 始条件温度）相差不大。
三、谢苗诺夫自燃理论的应用-----预测自燃着火极限
4、放热曲线、散热曲线
对流换热系数下降：曲线相切，临界状态，相切工况： 体系处于能否着火的临界状态。 对流换热系数较低：曲线相离，气体温度始终上升，相 离工况：体系肯定能着火。 ②自然准则：临界条件：对 几个 h 值的 q ´ l 流换热系数h02是个极限值， q´ b 小于这个值，反应就会不断 加速直至着火，称为临界对 流换热系数，用ha.cr表示。 a ③切点C的意义：C点标志着体 q´g 系处于由维持低温、稳定氧化 T 反应状态到不能维持这种状态（即到 加速反应状态）的过渡状态，体现了体系热自燃着火条件。
RTC2 hS E
(4) 代入（3-6）得： H CVK 0 C (5) 对理想气体有
Cf Pf RTC
a f
C e
b ox
E / RTC
（3-9） （3-10） （3-11）

X f PC RTC
Pox X ox PC (1 X f ) PC Cox RTC RTC RTC
g / dT)c (q l / dT)c (q
一、谢苗诺夫自燃理论
5、影响因素（由放热速率方程、散热速度方程分析） （1）放热速度的影响
k E / RT g HCV KnCA q e
（2）散热速度的影响
l hS(T T0 ) q
①发热量 ②温度 ③催化物质 ④比表面积
②自然准则：临界条件：压力P02是个极限值，超过这 个压力，反应就会不断加速直至着火，该温度称为临 界压力，用Pa,cr表示。 ③切点 C 的意义： C 点标志着体系处于由维持低温、 稳定氧化反应状态到不能维持这种状态（即到加速反 应状态）的过渡状态，体现了体系热自燃着火条件。 自燃点：在规定的试验条件下，可燃物质发生自热的 最低温度，用Tc表示。 ④临界状态方程： (q g ) c (q l ) c
第二节 谢苗诺夫自燃理论
一、谢苗诺夫自燃理论 1 、谢苗诺夫自燃理论（热自燃理论）的基本出发 点：自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热 因素的相互关系。 2、简化假设： （1）设容器体积为V，表面积为S，其壁温与环境温 度T0相同。随着反应的进行，壁温升高，且与混气温 度相同。 （ 2 ）反应过程中混气的瞬时温度为 T ，且容器中各 点的温度、浓度相同。开始时混气温度T与环境温度 T0相同。
式中Xf和Xox分别代表燃料和氧化剂得摩尔分数。 (6) 将式（3-10）和式（3-11）代入（3-9）中，整理得：
HCVK0 PC2 E / RTC X (1 X ) e hs / E f f 3 4 R TC
三、谢苗诺夫自燃理论的应用-----预测自燃着火极限
PC2 hsR3eE / RTC 4 TC HCVK0 X f (1 X f )
2、简化假设
（3）容器中既无自然对流，也无强迫对流。 （4）环境与容器之间有对流换热，对流换热系数 为h，它不随温度变化。
（5）着火前反应物浓度变化很小，即CA=CA0=常 数，或 f=f∞=常数，f 为质量分数， CA和分 f∞ 别代 表初始浓度和初始质量分数。
一、谢苗诺夫自燃理论
3、放热速率、散热速率
①导热作用 ②对流换热作用 ③堆积方式 评价堆积方式的参数是表面积/ 体积比，此比值越大，散热能力 越强，自然点越高。
第二节 谢苗诺夫自燃理论 二、着火感应期
（一）基本概念 1、 着火感应期直观定义：可燃体系由开始发生 化学反应到着火燃烧的一段时间。 2、热着火理论中的定义：可燃体系在已满足热 着火条件的情况下，由初始状态到温度开始骤然 上升瞬间所需要的时间。 3、着火感应期的存在原因：可燃体系在着火前 由低温化学反应到高温燃烧反应，需要有个热量 逐渐积累、温度逐渐上升过程，反应才能自动加 速，而这个过程是需要时间的。
2、曲线图分析 l 2 状态的T-t如曲线I所示，分析得值。 qg q
(a)
(b)
t
l 1 qg q
状态的T-t如曲线II所示, 为无穷大。
x n Vs＝K 0 sCF (m CF ) y K ns CF exp( －
Es ) RTs
l 3 qg q
状态的T-t如曲线III所示, 缩短。 状态的T-t如曲线IV所示, =0初始温度已达着火温度。
k E / RT g HCV KnCA q e
l hS(T T0 ) q
4、放热曲线、散热曲线 （1）压力、对流换热系数保持不变
① 工况： 温度较低：曲线相交a、b两点， T﹤Ta,T 上升至 Ta ； T﹥Ta ， T 下 降到Ta,a点是稳定点，处于低温 氧化态；T﹤Tb，T下降至Ta点， T﹥Tb ， T 继续上升， b 点非稳定 点，但是热力学非自发状态。 相交工况：体系只能稳定在交点 处作低温、缓慢的氧化反应，反 应无法加速，体系不能着火。
q´ q´g b
c a
③切点C的意义：C点标志着体系处 T 于由维持低温、稳定氧化反应状态到不能维持这种状态（即 到加速反应状态）的过渡状态，体现了体系热自燃着火条件。
k E / RT g HCV KnCA q e
l hS(T T0 ) q
自燃点：在规定的试验条件下，可燃物质发生自热的最 低温度，用Tc表示。
（3-6） （3-7）
b E / RTC H CVK 0 C a C hS (TC T0 ) f ox e
b E / RTC H CVK 0 C a ( f C ox e
E ) hS RTC2
(3) 两式相除得:：
RTC2 TC T0 E
（3-8）
三、谢苗诺夫自燃理论的应用-----预测自燃着火极限
k E / RT g HCV KnCA q e
l hS(T T0 ) q
自燃点：在规定的试验条件下，可燃物质发生自 热的最低温度，用Tc表示。 ④临界状态方程： (q g ) c (q l ) c g / dT)c (q l / dT)c (q （3）初温、对流换热系数保持不变
④临界状态方程：
g ) c (q l ) c (q
g / dT)c (q l / dT)c (q
（2）压力、环境温度保持不变
① 工况： q´ 几个 h 值的 q ´ l 对流换热系数较高：曲线相交a、 b b两点，T﹤Ta,T上升至Ta；T﹥Ta， T下降到Ta,a点是稳定点，处于低 温氧化态；T﹤Tb，T下降至Ta点， a T﹥Tb，T继续上升，b点非稳定点， q´g 但是热力学非自发状态。 相交工况：体系只能稳定在交点处 T 作低温、缓慢的氧化反应，反应无法加速，体系不能着火。
3、临界函数关系图
Pc
PC2 hsR3 E ln 4 ln TC HCVK0 X f (1 X f ) RTC
在曲线上能自发着火
在曲线下不能自发着火 Tc
图3-9 临界压力随临界温度的变化
临界函数关系图
Tc 着火
Pc 着火
不能着火
不能着火
浓度下限 L 浓度上限 U
浓度下限 L 浓度上限 U
l 4 qg q
（三）着火感应期的数学表达式
（1） 按定义

( f f c )
WS
CV f fC (TC T ) H C
n exp(E / RT ) （2）又因为 WS K0S
（3）所以

CV (TC T ) n H C K 0 S exp( E / RT )
二、着火感应期
（二）着火感应期求法-----作图法 1、 T---t曲线图 (1) 理论分析 g q l mcdT/ dt cVdT / dt 能量守恒方程 q l 2 状态为例进行分析 以q g q
q´g q ´ l1 q ´ l2
T<Tc T=Tc T>Tc
dT/dt>0 dT/dt=0 dT/dt>0
第一节 着火分类和着火条件
二、着火条件 1 、着火：可燃体系因为某种 原因引起自动升温、反应自动 加速、最后出现火焰的过程。 2 、着火条件：使可燃体系在 一段时间后出现剧烈的反应过 程、从而使其在某一瞬间达到 高温反应态（燃烧态）的初始 条件。 3、示意图：
Ws
T
二、着火条件
4、注意 （1）系统达到着火条件并不意味着已经着火， 而只是系统已具备了着火的条件。 （2）着火这一现象是就系统的初态而言的，它 的临界性质不能错误地解释为化学反应速度随温 度的变化有突跃的性质。 （3）着火条件不是一个简单的初温条件，而是 化学动力学参数和流体力学参数的综合体现。对 一定种类的封闭可燃预混气体系而言，其着火条 件可由下列函数关系表示： f(T0, h, P, d, ｕ∞)=0
k E / RT q H V K C （1）放热速率方程： g C n Ae
（2）散热速度方程： （3）能量守恒： （4）函数关系：
l hS(T T0 ) q
g q l mcdT/ dt cVdT / dt q