可燃气体燃烧

燃烧学

扩散燃烧速度
扩散燃烧速度取决于可燃气体与助燃气体的混合速度，可燃
气体从孔洞喷出与空气形成扩散燃烧，若控制气体流量，即控制
了扩散燃烧速度。以单位面积单位时间内气体流量或线速度来表
示扩散燃烧速度，单位为m3/(m2･s)、m/s。

预混燃烧速度
预混燃烧速度用其化学计量浓度时的火焰传播速度表示，单
vi
1 ρi
燃烧学
由于
ρA MA ρB MB
故
vA vB
ρB ρA
MB MA
相同条件下，气体的密度或摩尔质量越小，其扩散速度越
快，在空气中达到爆炸极限浓度所需时间就越短。
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【例】试比较乙炔（C2H2）和氢气（H2）泄露后的扩散速 度（假设容器内气体压力、温度相同）。 解：将乙炔和氢气的摩尔质量代入公式，得
燃烧学
部分气体的临界温度和临界压力
物质名称 He H2 N2 CO O2 CH4 -82 CO2 31.1 NH3 132.4 Cl2 144
临界温度 -267.9 -239.9 -147.1 -138.7 -118.8 /℃ 临界压力 /kPa 233 1297 3394 3506 5036
4641
和着火（爆炸）的剧烈氧化还原反应阶段。 通常情况下，可燃气体的燃烧过程为： 可燃气体
氧化剂 扩散
可燃wenku.baidu.com合气体
火源 断键、活化 火焰
分子碎片、 游离基
生成产物、放热
连续氧化、燃烧
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【思考】气体燃烧和固体、液体燃烧有什么区别？哪 种状态更容易燃烧？
气体燃烧不需要如固体、液体一般经过融化、分解、蒸 发等过程，在常温常压下与氧气混合扩散后，达到一定浓度遇 到点火源即可发生燃烧（爆炸），所以气体燃烧速度大于固体 和液体。
也可瞬间完成，反应剧烈；而H2与O2在一定高温下才能燃烧，且 速度低于H2与F2的混合气反应速度。
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② 可燃气体和氧化剂的浓度越 大，分子碰撞的机会越多，反应速
度越快。当可燃气体在空气中稍微
高于化学计量浓度时燃烧反应速度
最快，爆炸最剧烈，产生的压强和
温度最高。
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③ 惰性气体影响。惰性气体 加入到混合气中必然消耗热能， 并且使气体燃烧反应中的自由基 与惰性气体分子碰撞销毁的几率
位为m/s。
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影响气体燃烧速度的主要因素
扩散燃烧速度由气体的流速确定。
预混燃烧速度受气体的性质、浓度、初始温度及燃烧体系与环 境的热交换等因素的影响。
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气体的性质和浓度
① 可燃气体的还原性越强，氧化剂的氧化性越强，燃烧反应
的活化能越小，燃烧速度越快。如H2+F2=2HF的反应，在冷暗处
临界温度时液化所需要的压力叫临界压力，即临界温度时使
气体液化所需的最小压力。
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临界温度较高的气体，在常温常压下（低于其临界温度）加
压液化，如氨、氯气、二氧化碳等。
临界温度较低的气体，需经压缩并冷却到一定温度以下才能 液化，如氧气、氮气、一氧化碳等。 临界温度很低的气体，需经压缩并冷却接近到绝对零度（273.16℃）的低温才能液化，如氦气、氢气。
质，比层流火焰传播速度大很多。
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气体的燃烧过程
2 3
气体的燃烧形式
气体的燃烧速度
燃烧学
气体燃烧速度的表示方法
气体的燃烧速度是指火焰传播速度（火焰的移动速度cm/s）
减去由于燃烧气体温度升高而产生的膨胀速度。 可燃气体燃烧形式不同，燃烧速度差异很大，表示方法也不 同，分为扩散燃烧速度表示方法和预混燃烧速度表示方法。
7326
11277
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燃烧学
受热膨胀性：气体受热后体积
会膨胀。因此，盛装压缩气体或液 化气的容器，若受高温、撞击等作 用，会产生很大的压力，一旦超过 容器的耐压强度，就会引起容器的
膨胀甚至爆炸，造成火灾事故。
【思考】将充满气的气球放进液氮里会有什么现象？
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燃烧过程
可燃气体的燃烧，必须经过与氧化剂的接触、物理混合阶段
vH2 vC 2 H 2

M C2 H 2 M H2

26 3.6 2
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可压缩性和液化性：气体在
一定温度和压力条件下可以被压缩 成液态。温度不变时，气体的体积 和压力成反比。 由于气体具有可压缩性，所以 气体通常以压缩或液化状态存储。
燃烧学
气体压缩成液态有一个极限压力和极限温度，若超过一定温 度，无论施加多大的压力都不可能使其液化，这一温度称为临界 温度，即加压后使气体液化时所允许的最高温度。
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气体的燃烧过程
气体的燃烧形式
气体的燃烧速度
燃烧学
可燃气体燃烧分类
按燃料与氧化剂混合模式分 预混火焰 扩散火焰
按火焰传播的形式分
缓燃火焰
爆轰火焰（爆震）
按流动状态分
层流燃烧
湍流燃烧
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扩散燃烧
可燃气体与气态氧化剂相互扩散，边混合边燃烧。

预混燃烧
燃料和氧气（或空气）预先混合成均匀的混合气，此可燃混
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——气体燃烧
燃烧学
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气体的燃烧过程
气体的燃烧形式
气体的燃烧速度
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气体的特性
扩散性：不同气体以任意比例
相混合，均能充满任何容器，并对
容器壁产生压强。 由于气体分子无规则运动使各 组分相互混合，浓度趋向于一致。
燃烧学
某一组分的扩散量与单位距离上其浓度的变化量（浓度梯
度）成正比，改组分浓度梯度越大的地方，扩散量越大，扩散 速度越快。 同温同压下，气体的扩散速度与其密度的平方根成反比， 即
合气称为预混合气，预混合气在燃烧器内进行着火、燃烧的过程 称为预混燃烧。
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缓燃、爆轰的特征？ 爆炸的条件及预防方法？
条件：可燃气体；空气或氧气，且预混气浓度在爆炸极限范

围内；足够能量的点火源。 预防方法：防止混合气形成；切断爆炸途径；严格控制火源； 泄压保护装置。
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层流燃烧
在一充满均匀混合气的圆管中，局部加热，形成燃烧火焰，燃烧
n
式中，v、v0为温度T、T0时的燃烧速度；n为实验常数，一般 为1.7～2。
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燃烧学

燃烧体系与环境的热交换
① 管径
设一管道长L，截面为半径为r的圆，当管道充满可燃混合气
体时，混合气与管壁的接触比表面积为
2rL 2 Sn 2 混合气体积 r πr L
管壁总面积
管径越大，Sn越小，混合气燃烧的热损失越少。
燃烧学
一般来说，火焰传播速度随着管径增大而增大，但增大到临
界直径后，火焰传播速度不再增加；管径减小时，火焰传播速度 随之减小，但管径小于临界直径时，由于散热比表面积大，热损 失大于反应热，从而火焰熄灭。 使正在燃烧的混合气体通过小于临界直径的管道，熄灭火焰 即为阻火器的工作原理。
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② 管道和容器的导热性
增大。混合气中惰性气体浓度增
大，火焰传播速度减小，燃烧速 度降低。
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气体的初始温度
反应初始温度对反应速度的影响，表现在反应速度常数k与温
度T的关系上，k与T呈指数关系，T较小的变化，会使k变化很大。
温度每升高10℃，反应速度大约增大2～4倍。燃烧速度与反映初 始温度的关系为
T v v0 T O
生成的热量加热其相邻冷混合气，使冷混合气温度升高，形成新的火焰。 如此，便在未燃区和已燃区形成明显的界限，称为火焰前沿。 层流火焰前沿是一个平滑的化学反应发光区，其厚度只有几百微
米，甚至几十微米。
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湍流燃烧
湍流火焰前沿厚度很大（几毫米），其发光区呈毛刷褶皱状，
比较模糊，火焰长度比层流火焰短。 层流火焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质，一般较 小；湍流火焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质和湍流性
发生燃烧的容器或管道导 热性越好，燃烧体系向外环境 的散热量越大，热量的损失会 引起燃烧速度的降低和火焰传 播速度的减缓。