燃烧理论
燃烧理论第四讲火焰传播理论
其边界条件是
x ,T
T0
,
dT dx
0
假定Ti是预热区和反应区交界处(温度曲线曲率变化点)的温度， 从T0到Ti进行积分，
(下标“I”表示预热区)
0 Sn Cp
Ti
T0
dT dx
I
反应区的能量方程为
d2 y dx2
wQ
0
其边界条件是
x 0,T Ti ;
dT x ,T Tm , dx 0
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
度Sn(或称层流火焰传播速度Sl，或正常火焰传播速度)，简
称火焰传播速度。未燃气体与已燃气体之间的分界面即为 火焰锋面，或称火焰面。
静止均匀混合气体 中的火焰传播
流管中的火焰锋面
取一根水平管子，一端封住，另一端敞开，管内充满可燃 混合气。点火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移动， 由于管壁的摩擦和向外的热量损失、气体的粘性、热气体 产生的浮力，使其成为倾斜的弯曲焰面。
乘式
2
dT dx
d dx
dT dx
2
2
dT dx
d 2T dx2
后积分（下标“Ⅱ”表示反应区）
dT dx
2
Tm wQdT
Ti
dT dx
I
dT dx
Sn
2 Tm wQdT Ti
02Cp2 Ti T0 2
Ti为未知，进一步变换可得
Sn
2 Tm wQdT T0
02Cp2 Tm T0 2
湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧
燃烧理论
aA bB gG hH
(燃料)(氧化剂) (燃烧产物) 化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆 向反应速度来表示。即
dC A WA = — dt
dCG WG = dt
dC B WB = — dt
dC H WH = dt
CA 、CB 、CG、、CH为摩尔组分浓度，kg/m3 或mol/m3。
过程所占的时间很长，约为90％，燃尽时间为1～2.8
秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的 60～ 95％。 三、煤粉燃烧的主要特征 煤粉着火燃烧过程的细节十分复杂，只能说明几个 阶段的主要特征。
煤粉颗粒必须首先吸热升温，热源来自炉内1300～ 1600℃的高温烟气，燃煤得到干燥，随着水分的蒸发， 燃煤温度不断升高。挥发分析出后，剩余的固态物形成 焦碳。 可燃挥发分气体的着火温度比较低，450～550℃以 上就可着火、燃烧，同时释放热量，加热焦碳。焦碳温 度升高到着火温度时，即着火燃烧，并放出大量热量。 当焦碳大半烧掉之后，内部灰分将对燃尽过程产生 影响。其原因是：外层的灰分裹在内层焦碳上，形
3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变 当火焰正常燃烧时，有时会发生响声。此时，如 果绝热压缩很弱，不会引起爆炸性燃烧。但当未燃混 合物数量增多时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的火焰 传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。 四、煤粉气流火焰传播速度的影响因素 一般情况下，挥发分大的煤，火焰传播速度快；灰 分大的煤火焰传播速度小；水分增大时，火焰传播速度 降低。
k ko e
E RT
k0：频率因子； E：活化能； R：通用气体常数； T：热力学温度； 活化能E、频率因子k0都与温度无关；
什么是燃料的“活性”呢？
燃料的“活性”表示燃料着火与燃尽的难易程度。 例如，气体燃料比固体燃料容易着火，也容易燃尽。 而不同的固体燃料，“活性”也不同，燃料的“活 性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。各种燃料所 具有的“活性”程度可用“活化能”的概念来描述。
燃烧过程的理论基础
烟煤Vdaf=40%
650
烟煤Vdaf=30%
750
烟煤Vdaf=20%
840
贫煤Vdaf=14%
900
无烟煤Vdaf=4%
1000
挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火； 挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。
着火热
一次风：现代大中容量锅炉广泛燃用煤粉，为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉，这部分空气称为一次风。
只有粗煤粉在炉膛高温区才可能处于扩散。
其他区域为动力或过渡区，故提高炉膛温度可强化煤粉燃烧。
一次反应：式3-26；一次产物
燃烧机理：在碳粒的吸附表面进行的多相燃烧反应。
二次反应：式3-27；二次产物
碳粒的燃烧
02
不同温度下的碳粒燃烧过程：
图3-6 低于1200℃； 高于1200℃；
气流速度影响：
影响煤粉气流着火的因素
煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。
1．燃料的性质 挥发分：含量低，煤粉气流的着火温度高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离燃烧器喷口的距离也增大。 水分：水分大，着火热也随之增大，炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉汽流的辐射热也相应降低，对着火不利。 灰分：灰分在燃烧过程中不能放热还要吸热，灰分在着火和燃烧过程中使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，并进一步影响了着火的稳定性。 煤粉细度： 煤粉愈细，着火愈容易。（这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减小，在加热时，细煤粉的温升速度就比粗煤粉要快，这样就可以加快化学反应速度，更快地着火。）
燃烧基本理论
内容：燃烧基本理论一、燃烧的本质和条件（一）燃烧的本质燃烧是一种放热发光的化学反应。
燃烧同时具备三个特征，即化学反应、放热和发光，具备一个或两个特征不能称为燃烧。
（二）燃烧的条件1.必要条件：任何物质发生燃烧必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和着火源。
2.充分条件：一定的可燃物浓度，一定的氧气含量，一定的着火能量，三者相互作用。
二、燃烧类型燃烧类型主要有闪燃、自燃、着火、爆炸。
（一）闪燃在一定温度下，易燃、可燃液体表面上产生足够的可燃蒸汽，与空气混合遇着火源产生一闪即灭的燃烧现象叫作闪燃。
（二）自燃可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。
自燃包括受热自燃和本身自燃。
1、受热自燃。
可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定温度，在没有外部火源的作用下，发生自行燃烧的现象叫作受热自燃。
2、本身自燃。
可燃物质在空气中，自然发热经一定时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫作本身自燃。
（三）着火可燃物质与空气（氧化剂）共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，当火源移去后，仍能继续燃烧，直到可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫作着火。
（四）爆炸物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象叫爆炸。
爆炸浓度极限：可燃气体、蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生爆炸的浓度。
遇火源能够发生爆炸的最低浓度叫作爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸浓度上限（也称为爆炸上限）。
在火场上，常见的爆炸主要有以下三种：1. 气体爆炸：可燃气体与空气混合后遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
气体爆炸必须具备三个条件：气体本身具有可燃性；气体必须与空气混合达到一定的浓度；有点火源的存在。
2、粉尘爆炸：悬浮于空气中的可燃粉尘遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
粉尘爆炸必须具备三个条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘必须悬浮在空气中并与气混合达到爆炸浓度；有足以引起粉尘爆炸的点火能量。
燃烧过程的基本理论
煤粉着火的主要加热源
• 要使煤粉着火。必须要有热源将煤粉加热到足够 高的温度。这个热源主要包括：煤粉气流卷吸回 流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃 料进行化学反应释放的热量 • 建模，研究结果表明：煤粉气流中，只有表面一 层煤粉可以接受辐射加热，考虑到这一影响，说 明煤粉气流的着火主要靠高温烟气回流 • 为了使煤粉气流更快加热到煤粉颗粒着火温度， 不能把燃烧所需要的空气全部用来输送煤粉，而 是用一部分输送煤粉，这部分为一次风，其余的 为二次风和三次风
活化能 E 破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能 的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小； 而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越 大 不同反应活化能不同，而且正反应和逆反应的活化能也不同。（见书119页）
§6-2煤、焦炭和煤粉的燃烧
一、煤粉燃烧燃烧的四个阶段 预热、干燥(吸热) 挥发分析出(热解),并着火 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度 ) 燃尽（残余焦炭→灰渣）影响q4 着火是前提、燃尽是目的 如何强化着火→第四节 如何强化燃烧、燃尽→第五节 煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续 到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火
M M ar M mf 2510 cq T0 100 (6 45) Br ar 2510 cq Tzh 100 100 M 100 mf
第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量 请问第二项中两个水分的意思？为什么要减？ 着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，着火困难
燃烧理论基础简介
燃烧理论基础简介一、碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区1．动力区：温度低于900～1000℃时，化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度，氧气的供应十分充足，提高扩散速度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于温度。
2．扩散区：温度高于1200℃时，化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度，以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉，碳粒表面处的氧浓度接近于0，提高温度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。
3．过渡区：介于动力区和扩散区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。
若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。
二、直流煤粉燃烧器1、煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。
其作用是：(1) 向炉内输送燃料和空气；(2) 组织燃料和空气及时、充分的混合；(3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。
在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。
故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。
一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。
二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。
直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。
煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。
（二）、直流煤粉燃烧器的类型直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。
一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。
这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。
我们称为均等配风方式，这种方式适合烟煤的燃烧。
因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。
这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
静止(jìngzhǐ)均匀混合气体 中的火焰传播
流管中的火焰(huǒyàn)锋面
精品资料
取一根水平管子，一端封住，另一端敞开，管内充满可燃 混合气。点火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移动， 由于管壁的摩擦和向外的热量损失(sǔnshī)、气体的粘性、 热气体产生的浮力，使其成为倾斜的弯曲焰面。
精品资料
本生火焰(huǒyàn)示意图 1—内锥面；2—外锥面
如气体出口速度分布均匀，则可假定内锥为一几何正锥体，并 认为内锥焰面上各点的Sn均相等。这样，便可测得层流火焰传 播速度的平均值，且具有足够的准确性。
当混合气出流稳定时，按连续(liánxù)方程有
式中
F0——燃0烧F0器m 出 口0截n F面f 积；0Sn Ff
层流火焰传播理论 第一是热理论，它认为控制火焰传播的主要是 从反应区向未燃气体的热传导。第二是扩散理论，认为来自反应 区的链载体的逆向扩散是控制层流火焰传播的主要因素。第三是 综合(zōnghé)理论，即认为热传导和活性中心的扩散对火焰的 传播可能同等重要。大多数火焰中，由于存在温度梯度和浓度梯 度，因此传热和传质现象交错地存在着，很难分清主次。下面介 绍由泽尔多维奇等人提出的热理论。
精品资料
火焰(huǒyàn)层结构及温度、浓度 分布
精品资料
在火焰锋面上取一单位微元，对于一维带化学反应的稳定层流流动， 其基本方程为：
连续方程 动量方程
u 0u0 0Sn m pup
p≈常数
能量方程（微元体本身热焓的变化等于传导(chuándǎo)的热量加 上化学反应生成的热量）
尚缺少完全符合Sn定义的测定方法。精确测量Sn的困难在于几
乎不可能(kěnéng)得到严格的平面状火焰面。
燃烧理论分析火灾事故
燃烧理论分析火灾事故引言火灾事故是一种常见的安全事件，不仅给人们的生命和财产造成严重损失，也会给社会带来不良的影响。
因此，对火灾事故的燃烧机理和规律进行深入的研究和分析，对于预防和控制火灾事故具有重要的意义。
本篇论文将对燃烧理论进行分析，并结合实际的火灾事故案例进行深入探讨，旨在为火灾预防和控制提供理论依据和指导。
一、燃烧理论概述燃烧是一种氧化反应，是燃料在氧气的存在下发生的一种放热反应。
燃烧的基本过程包括燃烧开始、火焰的产生和火焰的传播三个阶段。
燃烧开始是指燃料达到燃点后，与氧气发生氧化还原反应，释放大量的热能，产生火焰和光线。
火焰的产生是通过火焰核的形成，当气体混合物与空气达到一定温度后，发生自燃并形成初期点火。
火焰的传播是指初期点火衍生出的火焰在燃烧物表面快速传播，形成火灾。
燃烧的条件包括燃料、氧气和点火源。
燃料是指在燃烧反应中发生氧化还原反应的物质，常见的燃烧物包括木材、纸张、油脂等。
氧气是燃烧反应中的氧化剂，是燃料和空气之间的氧化还原反应的必要条件。
点火源是指引发燃烧的初始能量，常见的点火源包括明火、电火花、高温表面等。
燃烧反应的平衡方程式可以表示为：CmHn + (m + n/4) O2 → mCO2 + n/2 H2O其中，CmHn表示燃料，O2表示氧气，CO2表示二氧化碳，H2O表示水。
二、火灾事故的燃烧机理与规律1. 火灾事故的起火原因火灾事故的起火原因主要包括电气设备故障、火灾隐患未消除、违规用火、非法操作等因素。
电气设备故障是导致火灾的主要原因之一，当电气设备出现故障时，可能引发电火花，导致燃烧物起火。
火灾隐患未消除是指企业或居民未及时排查和清除可能引发火灾的隐患，如电线老化、易燃物品存放等。
违规用火和非法操作是指在禁止使用明火或违反操作规程的情况下，使用明火或进行不安全的操作。
2. 火灾事故的燃烧过程火灾事故的燃烧过程包括火灾蔓延、火势发展和火场扑救三个阶段。
火灾蔓延是指火灾初期的火焰将燃烧的热能传导给周围的燃烧物，使其温度升高并燃烧，形成火灾蔓延。
燃烧理论知识点
CH11.何谓燃烧？燃烧是一种急速、剧烈的发光发热的氧化反应过程。
2. 化合物的标准生成焓: 化合物的构成元素在标准状态下（25oC，0.1MPa）定温—定容或者定温定压；经化合反应生成一个mol的该化合物的焓的增量（kJ/mol）。
所有元素在标准状态下的标准生成焓均为零。
3. 反应焓: 在定温-定容或定温-定压条件下，反应物与产物之间的焓差，为该反应物的反应焓（kJ）。
4. 反应焓的计算??5. 燃烧焓: 单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温—定容或定温—定压条件下，燃烧反应时的反应焓之值（kJ/kg）。
6.燃料热值: 燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的气化潜热。
7.化学反应速度、正向反应速度、逆向反应速度、反应速度常数??8.平衡常数的三种表达方式和相互间的关系??按浓度定义的反应平衡常数,以分压定义的反应平衡常数,以体积百分比定义的平衡常数??平衡常数越大，反应进行得越彻底9.反应度λ: 表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度反应式: aA+bB→（1-λ）*（aA+bB）+λ（cC+dD）10. Gibbs函数的定义: 自由焓，为状态参数。
g=h-Ts11. Helmholtz函数自由能f f=u-Ts12.焓与生成焓仅是温度的单一函数，而自由焓与P、T有关。
13.标准反应自由焓14.平衡常数kp与反应自由焓的关系15.过量空气系数: 燃烧1kg燃料，实际提供空气量/ 理论所需空气量。
16.当量比(φ)C－实际浓度，Cst－理论浓度17.浓度（燃空比）: 一定体积混合气中的燃料重量/ 空气重量18. 化学计量浓度时的浓度时的浓度19. 绝热燃烧火焰温度的求解方法，尤其是考虑化学平衡时的计算方法首先分别根据平衡常数kp和能量守恒方程得到反应度λ和绝热火焰温度Tf 的关系，然后采用迭代法计算得到Tf 。
20.绝热燃烧火焰温度计算程序及数据处理CH21. 化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速率的科学。
第二节 燃烧学说和理论
第二节燃烧学说和理论人类用火己有几十万年，但对燃烧的原理至今没有明确结论，目前，燃烧的理论较多，如《燃素学说》、《燃烧氧化学说》、《燃烧分子碰撞理论》、《活化能理论》、《过氧化物理论》、《着火热理论》、《链锁反应理论》等等。
但是，对燃烧的实质性理论至今还没有能圆满的解释。
一、活化能理论---物质分子间发生化学反应，首先是促使分子的相互碰撞，以破坏分子内存在的旧的关系，而形成新的关系，这一条件就是使普通分子变为活化分子所必需的最低能量即活化能，它可以使分子活化并参加反应。
如氢气和氧气反应时活化能为25.1千焦/摩尔，在27度时只有十万分之一的碰撞机率，只有高出平均能量的一定数值的分子，才能进入反应，使化学反应得以进行。
它随温度的变化而机率发生变化。
当用明火去接近氢和氧的分子时，会促使更多的分子活化，使更多的氢和氧起反应，反应所产生的热量又继续活化其它分子，互为影响就发展为燃烧或爆炸。
二、过氧化物理论---气体分子在各种能量（热能、辐射能、电能、光能、化学反应能等）作用下被活化而燃烧，在燃烧过程中，氧分子首先在热能作用下被活化，被活化的氧分子形成过氧化键-0-0-，这种基键加在被氧化的分子上而成为过氧化物。
过氧化物是强氧化剂，不仅能形成过氧化物的物质，而且也能氧化其它较难氧化的物质。
所以，过氧化物是可燃物质被氧化的最初产物，是不稳定的化合物，能在受热、撞击、摩擦等情况下分解，甚至引起燃烧或爆炸。
三、着火热理论-----着火热理论的主要观点：认为受热、自热的发生是由于在感应期内化学反应的结果，使热量不断积累而造成反应速率的自动加速。
这一理论可以解释大多数碳氢化合物与空气的作用都适合这一结论。
以上这些燃烧理论能解释很多燃烧现象，但仍有一些燃烧现象很难用以上理论来解释，如，我们都讲，氧是助燃物，但是，在很多情况下，有很多物质的燃烧，并没有助燃物氧气的存在，如：高温下的镁条可以在二氧化碳中燃烧；铜丝、铁丝可以在氯气中燃烧；铝和镁可以在氮气中燃烧；磷、乙醚的蒸气在低温下氧化会出现冷焰，（即虽然其温度未达到正常着火温度，而己出现火焰）这说明其反应的速率已相当大了。
燃烧基本原理
• 可燃固体：
①可燃固体 受热 熔融状态 蒸发
可燃蒸气 氧化 燃烧
如：S固 受热 S熔融 蒸发
S蒸气
S蒸气 +O2
• ② 可燃固体
氧化
受热
如：萘 萘蒸气 +O2
SO2+Q 受热 直接析出可燃蒸汽
燃烧
挥发
萘蒸气
CO2+ H2O+ Q
• ③ 可燃固体 受热 分解析出可燃气体
氧化
燃烧
如：木材 受热 析出 T＜295℃:水蒸汽
• 在燃烧反应中，氧分子（O=O）在热能作用下被活化， 双键之一断开，形成过氧基-O-O-，这种过氧基能结 合与可燃物分子上形成过氧化物： • A+O2=A02
• 过氧化物不稳定，是强氧化剂，再次氧化新的可燃物 形成最终的氧化产物： • AO2+A=2AO
6
六、链式反应理论
• 认为物质的燃烧经历以下过程：可燃物或助燃物先吸 收能量而离解为游离基，与其他分子相互作用发生一 系列连锁反应，将燃烧热释放出来。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
• 硫、磷、钾、钠等都属于简单的可燃固体，由单质组成。 它们燃烧时，先受热熔化，然后蒸发变成蒸气而燃烧，所以 也属于蒸发燃烧。这类物质只需要较少热量就可变成蒸气， 而且没有分解过程，所以容易着火。
燃烧理论资料整理
绪论1、燃烧的定义：燃烧是一种激烈的氧化还原反应过程，放出大量的热和气体，同时伴有发热、发光的或者火焰。
本质：氧化还原反应做功物质：热和气体现象：发热、发光的或者火焰2、燃烧三要素：可燃物、氧、达到一定的发火温度（着火点）3、燃烧形式、区别与联系：三种化学反应形式：热分解、燃烧、爆轰主要不同点：(1) 过程传播机理不同(2) 过程传播速度不同(3) 受外界影响不同(4)产物质点运动方向不同本质特征：化学键断裂的程度不同联系：在一定条件下，三种形式可发生相互转化4、燃烧与国民经济、国防建设的关系①燃料燃烧是主要能源大多数国家90％以上的能源来自于燃料的燃烧。
②国防热兵器的发射能源主要来自于火药的燃烧（发射药）。
③其他日常生活燃烧与安全（火灾防止等）燃烧与环境（温室效应、保护臭氧层）5、研究燃烧理论的意义①从理论上讲，研究理论用于指导实践。
揭示燃烧现象的本质和规律。
用于研究燃烧过程。
（工业，武器中）②提高能量利用率。
（柴油添加剂）③安全生产④环境保护（作为理论基础）⑤特殊燃烧规律的应用6、燃烧学的研究方法①实验研究研究燃烧的现象和规律，获得经验公式反复观察—总结规律—经验公式②理论研究（模型化）推导—结论—验证—修正—（反复多次）—理论③综合研究实验研究和理论研究结论历史资料，经验和亲自实践的经验不同学科，专业的知识，理论的综合第一章1、热力学第一定律:体系吸收的热量dQ分别用于增加体系的内能dU和对外界做功dW本质：能量守恒2|、热力学第二定律本质：不可能从单一热源吸热而不引起其他变化。
（高温到低温）在化学反应中的本质：表明化学反应的方向。
（表征：熵S）3、化学反应类型简单反应：经过一步反应完成的复杂反应：经过许多中间阶段完成的典型复杂反应：连续反应：由许多基元反应组成，前一反应生成物是后一反应的反应物反应连续进行。
平行反应：一个反应进行的同时还进行着其它反应。
共轭反应：一个反应仅当另一个反应存在时才能发生，而两个反应的反应物又是不同的，其中一个反应是另一个反应发生的条件。
燃烧理论及应用PPT课件
一、闪燃与闪点
闪燃意义 ➢ 闪燃是可燃液体发生着火的前奏，从防火的观点来说，
闪燃就是危险的警告，闪点是衡量可燃液体火灾危险性的 重要依据。因此，研究可燃液体火灾危险性时，闪燃现象 是必须掌握的一种燃烧类型。
2024/7/29
一、闪燃与闪点
闪点分级 ➢ 甲类液体：闪点小于28℃的液体。（如原油、汽油等） ➢ 乙类液体：闪点大于或等于28℃但小于60℃的液体。（
➢ 燃烧素学说认为，某种物体之所以能燃烧是因为其 中含有一种燃烧素，燃烧时，燃烧素就从物体内逸出。
➢ 例如，蜡烛的燃烧。 ➢ 燃烧素学说在解释什么是燃烧素时，认为火是由无
数细小活跃的微粒构成的物质实体，由这种火微粒构成 的火的元素就是燃烧素，物质如果不含有燃烧素则不能 燃烧。
2024/7/29
二、燃烧的氧学说
【学习目标】
1、了解着火理论 2、掌握闪燃与闪点、自燃与自燃点、着火与着火点 3、熟悉最小点火能量和消焰距离、物质的燃烧历程、燃烧
产物
2024/7/29
目录
一 着火理论 二 燃烧的类型
2024/7/29
第一节 着火理论
2024/7/29
一、燃烧素学说
基本内容
➢ 18世纪以前，欧洲盛行燃烧素学说(亦称燃素学说)， 对当时化学界的影响很大。
基本内容
➢ 有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃 气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，
容器内的可燃气体混合物正以速度u(kg/m3﹒s)在进行反
应，
➢ 化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物 ，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给 周围环境
可燃物质或助燃物质先吸收能量而离解为游 离基，与其他分子相互作用发生一系列连锁反应， 将燃烧热释放出来，直至全部物质燃烧完或由于 中途受到抑制而停止燃烧。
燃烧的三大理论
燃烧的三大理论一、活化能理论activation energy theory 物质分子间发生化学反应首先的条件是相互碰撞。
在标准状态下，单位时间、单位体积内气体分子相互碰撞约1023次。
但相互碰撞的分子不一定发生反应，只有少数具有一定能量的分子相互碰撞才会发生反应，这种分子称为活化分子。
活化分子所具有的能量比普通分子高，使普通分子变为活化分子所必须的能量称为活化能，如图3—2所示。
图中系统由状态Ⅰ变为状态Ⅱ，即由高能状态变为低能状态的能级差，该过程是放热过程。
状态K的能级大小相当于使反应发生所必需的能量，故状态K的能级与状态Ⅰ的能级之差等于正向反应的活化能△E1，状态K与状态Ⅱ的能级之差等于逆向反应的活化能△E2，△E2与△E1之差等于反应热效应。
图3—2 活化能示意图二、链式反应理论有焰燃烧都存在链式反应。
当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热解作用从而产生自由基。
自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分三、过氧化物理论peroxide theory 气体分子在热能、辐射能、电能、化学反应能等各种能量作用下可被活化。
在燃烧反应中，首先是氧分子在热能作用下活化，被活化的氧分子形成过氧键—O—O —，这种基团加在被氧化分子上而成为过氧化物。
此种过氧化物是强氧化剂，不仅能氧化形成过氧化物的物质，而且也能氧化其他较难氧化的物质。
例如在氢和氧的反应中，先生成过氧化氢，而后是过氧化氢再与氢反应生成H2O，其反应式如下：H2+O2+H2O2→H2O2+H2→2H2O有机过氧化物通常可看作是过氧化氢H—O—O—H的衍生物被烷基取代而生成R—O—O—H 或R—O—O—。
烃类氧化时是以破坏氧的一个键而不是破坏氧的两个键而进行的。
由于自由基的产生使反应具有链反应性质，因而可以自动延续，并且由于出现分支而自动加速。
整个燃烧前的氧化过程是一连串有自由基参加的链反应。
燃烧基本理论
。
一般，对于>100μm的大 颗粒，且挥发分含量较多 的煤，在慢速加热的条件 下（<100℃/s），煤中的 挥发分有可能在颗粒周围 达到着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及快速加热条件下，则可 能是煤表面首先着火，这 就是非均相着火。
1）非均相着火
经典理论是热爆炸理论（Thermal Explosion Theory）即TET理论。
1967年Ｅssenhign将煤粒通过一个平面火焰来考察 煤粒的着火情况。实验表明，挥发分在平面火焰前 后几乎是保持不变，而火焰前后混合物中的ＣＯ２ 和的着Ｏ火２都是发非生均了相显的著（的焦变炭化首，先着据火此）认。为煤在火焰中
Ｅssenhigh[19]认为，大多数情况下煤粒着火是非均 相的，他的理由是煤粒着火温度与相同煤粒脱去挥 发分之后的煤焦着火温度基本相同，煤粒着火温度 与热解温度基本没有关系。
通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分 的析出特性。
实验证明
在400℃之前，基本上只有CO2析出 在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继
达到最大值，同时焦油也在形成；
在600℃以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。 通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业
爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着 火 温 度 以 上 而 燃 烧 ， 火 焰 传 播 速 度 大 ， 约 为 1000— 4000m/s。通常是在高压、高温下进行。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。
二、煤粉的燃烧研究
对燃烧领域来说，主要关心的是煤的燃烧特性 和污染特性
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
燃烧基本原理
31
32
33
全自动开口闪点测定仪
34
全自动闭口闪点测定仪
35
• 开杯闪点：适用于闪点较高的可燃液体
• 闭杯闪点：适用于闪点较低，常温下能
闪燃的液体
• 同一种液体的开杯闪点要高于闭杯闪点。
• 闪点随水溶液浓度的下降而升高——用
水灭火的原理之一。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
– 1．燃烧性气体的理化特性
• 1）化学活泼性 • 2）比重
– 2．燃烧性液体的理化特性
• 1）液体的燃烧速度 • 2）燃烧性液体的分类
47
3.4 燃烧特性
燃烧速度
1、 气体燃烧速度：火焰的传播速度。
影响因素： (1) 气体的组成和结构，单一组分大于复杂气体 (2) 可燃气体含量， (3) 初温， (4) 燃烧形式，动力燃烧大于扩散燃烧 (5) 管道直径，管径增大，速度提高，达到一极限值 (6) 压力和流动状态。
•特点：不需要外来热量，因而火灾危险性更大。
40
• 油脂自燃：
• 原理：不饱和脂肪酸自由能较高，室温下能在
内燃机燃烧理论及其应用
内燃机燃烧理论及其应用内燃机是一种通过在密闭空间内进行燃烧反应来产生动力的机器。
它的操作原理基于热力学和化学原理：在压缩空气与燃料混合物的过程中，点燃混合物，然后让高温、高压的气体爆发，从而驱动活塞或转子，推动机器运动。
本文将探讨内燃机燃烧理论的基础原理、应用和未来的发展前景。
一、燃烧理论基础内燃机的基础是能够在发动机中创建高压高温环境的燃烧过程。
与喷气式发动机不同，内燃机中的燃烧是在一个密闭的空间中发生的。
因此，内燃机燃烧理论的基础是在理想气体方程式的背景下对热力学循环的分析。
在内燃机燃烧过程中，空气和燃料以一定的比例混合在一起，形成可燃的燃气混合物。
当这个混合物被压缩时，混合物温度会增加，达到点火温度。
然后，点火器会发出火花，将混合物点燃，产生焰核。
这个焰核将传播到混合物中，使其燃烧并释放大量的热量，维持燃烧过程。
然而在实际情况下，燃烧并不是完全理想的，因为燃料和空气之间的混合度是不完全的。
相应地，为了更加准确地建立理论模型，人们提出了不同的燃烧模型。
典型的燃烧模型有早期燃烧、中期燃烧和晚期燃烧等。
严格地说，火焰核心以及燃烧速率常数的取值是影响燃烧模型的关键因素。
二、内燃机的应用内燃机在现代生活中的应用非常广泛。
其中一些应用包括以下内容：1.汽车的动力系统：汽车发动机就是典型的内燃机。
它利用汽油、柴油等燃料和空气混合物，在汽缸内通过火花点火来产生驱动力。
2.电力系统：内燃机可以用于创造电力。
这些发电机被广泛用于可再生能源的支持，以便将电能转换为机械能。
3.轻型飞机的动力源：内燃机驱动的飞机发动机被用于让轻型飞机飞行。
与喷气式发动机的比较，内燃机发动机更加经济，但速度较低。
三、未来的发展前景虽然内燃机已经在不同领域得到了广泛应用，但是随着时代的变迁，对燃料效率和环境保护的需求越来越高。
因此，对内燃机的未来发展也进行了很多研究。
在此过程中，有几个关键技术开始得到广泛应用：1.混合动力：混合动力车辆使用两种动力系统，即燃油发动机和电动机。
燃烧理论发展历程
燃烧理论发展历程燃烧理论是关于燃烧过程中发生的化学反应和物质转化的理论。
它的发展历程可以追溯到古代，但直到近代才获得了较为准确和完善的解释和理论体系。
在古代，人们对燃烧的现象进行了观察和描述，但对燃烧的本质和机制并没有深入的认识。
例如，古希腊哲学家克尔尼代斯和克利特斯认为，燃烧是物质中的火元素释放出来的结果。
这种看法在相当长的时间里占据主导地位，直到近代科学的发展才开始被取代。
到了17世纪，燃烧的基本性质和特征开始被科学家们研究。
英国科学家罗伯特·博义利观察到了燃烧过程中与空气有关的现象，并提出了“氧气论”，认为燃烧是一种物质与氧气之间相互作用的结果。
这一理论为后来的燃烧理论提供了重要的基础。
到了18世纪，法国化学家拉瓦锡在他的研究中对燃烧现象进行了深入的实验和观察，提出了“氧气理论”。
他发现氧气在燃烧过程中起到了一种被消耗的作用，提出了燃烧需要氧气的概念。
但他并没有确切地确定燃烧过程中氧气消耗的量和结果产生的物质的性质。
到了19世纪，燃烧的研究逐渐和热力学相关的研究结合起来。
德国化学家约瑟夫·普拉茨在他的研究中提出了燃烧过程中的“能量守恒定律”，即燃烧过程中放出的热能等于燃料化学能的降低。
他还进一步研究了氧气的冷却和排放问题，将燃烧和氧气的化学性质联系起来，开创了燃烧理论的新发展。
进入20世纪，燃烧的理论研究更加深入和细致。
瑞典科学家西里尔·特尔马尔经过大量实验研究，建立了燃烧的“三要素理论”，即燃料、氧气和着火点是引发燃烧的三个必要条件。
这个理论在燃烧工程和火灾防控中得到了广泛应用。
在近代，随着科学技术的不断进步，燃烧理论得到了进一步的发展。
世界各地的科学家们通过实验和理论研究，不断深化对燃烧过程中化学反应机制和物质转化规律的认识。
例如，针对燃烧过程中的有机物排放和环境影响，出现了更为复杂的燃烧理论模型和计算方法。
综上所述，燃烧理论的发展经历了从古代的观察和描述，到近代的实验和理论研究的过程。
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sus f u f const
∴混合气在火焰面处必须加速 us 。 此压力差大约只有大气压力的1%左右，因此可以认为 缓燃是一个等压过程。
速度，温度，压力以及成分的分布情况
f
s 及
uf
us （火焰传播以及燃烧中的变化）
T f Ts f dT ( ) max dx
3）本生灯的扩散火焰
ua 慢，先扩散、混合（油找气，气 内悬－管口壁的激冷效应。 找油），在浓度适中处燃烧。
特性：
对稳定的本生灯预混合火焰锥，逐步增加预混合物的供应速度，火焰
会飘起并被吹跑脱火；
另一方面，如逐渐降低预混合物的供应速度，则火焰变得更为扁平或
呈“纽扣”型并向喷口靠近，其形状由凸形变成凹形最后向混合管内 “回火”，直到熄火并有“勃扑摄影法、粒子跟踪法
直接摄影法是一种最简单寻求火焰锋面面积的方法，它可以获得火焰
发光区的形状及尺寸。
阴影法、纹影法及干涉摄影法是三种专门的火焰摄影技术。这些技术
是基于两种基本物理现象：① 由于火焰使空间密度不均匀（由于温 度及成分的不均匀产生）；② 当光束通过两种不同折射率介质的界 面时会发生偏折。
定义火焰锋面厚度
最大温差和最大温度梯度的比值，最大温度梯度在温度曲线的 拐点处，通常厚度只有几个毫米。
实际管内流动，由于附面层的存在，由于有粘性、摩擦且有浮力
作用及管壁的淬熄作用。实际的火焰是非对称的扭曲形。
实际火焰形状
4.4 燃烧速度测试方法
常用测试燃烧速度的方法有： 喷灯法，长管法，肥皂泡及燃烧弹法。 喷灯法和长管法都需要知道火焰面积 以便计算燃烧速度，确定火焰精确面积的技术如下：
火焰面积最适合计算燃烧速度。
阴影法和直接摄影法会增大火焰面积，导致较大误差
。
Tf ，火苗短，伴有燃烧噪声， 预混合火焰－呈淡蓝色的火焰锥。
us 大。
扩散火焰－呈黄红色， Tf
us 小。 ，火炬状，伴有黑烟，
（图4-8）
2）本生灯的预混合火焰
死区－管口壁的激冷淬熄面散热所致（电焊枪能切割钢板， 温度1500ºC以上，但管口并没有任何烧红现象）。 外悬－由于死区的存在，P内>P外，存在质扩散。 ua 。接近锥顶 顶圆－产物的集中区、高温区。来流气 a ， 处， us ，是火焰面本能向未燃气方向运动。
本生灯法就是通过内锥，层流预混火焰锥来测定火焰传播速度的方法。
概念：
· 火焰传播行进速度 u f－目测者观看到的火焰锋面的位移速度。 · 燃烧速度 us －火焰锋面沿其法线方向相对于来流气的速度。 · 来流速度 ua－未燃混合气的流动速度。
u f us ua
绝对 相对 牵连 · 定置火焰： u f 0，us ua （火焰锋面在空间静止不动）。 · 行进火焰：us ua，u f 0 （火焰锋面在空间行进）。 · 脱火： ua > us（煤气灶具的设计）。来流使火焰流入燃烧产物脱离火 焰固定位置 。 · 回火：us > ua（煤气灶具的设计）。火焰烧入新混合气 。
态的均匀混合气体，由于是层流运动，气流的流速在管内 按抛物线规律分布。为了在管子出口处获得均匀的速度场， 就必须将管口做成特殊型面的喷口。均匀的可燃混合气在 管子出口被点燃后，形成一个稳定正椎体形状的层流火焰 前锋如图4-7，4-8所示。火焰由内外两层火焰锥组成，当 过量空气系数大于或等于1时，内锥为蓝色的预混焰锥， 外锥为紫红色的燃烧产物火焰；当过量空气系数小于1时， 内锥为蓝色预混合火焰锥，外锥为黄色扩散火焰。
用纹影摄影所求得的火焰面积最适合于计算燃烧速度。阴影法及直接
摄影法会增大火焰面积，导致较大的误差，但它们的方法最简便，所 需的光学装置较简单。
分析：
火焰中密度场只是由于温度场影响的结果（密度与温
度成反比），则阴影照片显示温度曲线拐点附近区域 为最大区域。
纹影法所示处最接近新混合剂，所以用纹影法求得的
4.3 缓燃的基本特征
爆震时，燃烧速度极快，远大于外界的各种干扰
速度，干扰速度可以忽略。
缓燃时，燃烧速度相对慢，必须考虑（或排除）
干扰速度。
(1) 本生灯法
本生灯法—动力法，令火焰前锋稳定不动，使可燃混合气以层流火焰 传播速度向前锋流动，以测定其速度。 原理：如图4-7所示，一个垂直的圆管，里面流动着层流状
脱火及回火实验表明，火焰总是向新鲜反应物中传播的，而新反应物
的供给速度将火焰推回并使之稳定。如果供应速度比燃烧速度大则火 焰发生脱火，小则发生回火，相等则产生稳定火焰。
（2）管内流动
跨越火焰面的压差（由前式（4））
Ps Pf s2us2 ( 1 1 )
f
s
（图4－5b）
缓燃时，火焰锋面厚度 f 0 。在火焰锋面新鲜混 合气的侧方被加热膨胀使 s 。 ∵