燃烧学
燃烧学
第一讲重点：燃烧条件、及燃烧空气量的计算。
绪论燃烧学是研究燃烧的发生、发展和熄灭过程的学科。
一．燃烧学的研究内容燃烧的本质；着火机理、熄火机理；气、液、固体可燃物燃烧特性；燃烧技术（工程燃烧学）；防灭火技术（消防燃烧学）。
二．燃烧学学习的目的和意义2.1 火的作用火被人类掌握和使用以后，为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。
2.2火的危害火一旦失去控制，造成对国民经济的损失，同时，火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏。
火灾还对社会带来不安定因素。
火灾指的是在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象，包括森林、建筑、油类等火灾以及可燃气和粉尘爆炸。
火灾发生的必要条件：可燃物、空气和火源同时存在。
按火灾损失严重程度可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾三类。
下面是几个典型火灾案例。
1998年1月3日，吉林省通化市东珠宾馆发生火灾。
1999年10月30日，韩国仁川市一幢4层楼的地下卡拉OK厅发生火灾，有57人被烧死，71人被烧伤。
2000年12月25日，洛阳东都商厦火灾。
2002年6月16日，位于海淀区学院路20号的“蓝极速”网吧发生火灾。
火灾烟气的组成：（1）气相燃烧产物；（2）未完全燃烧的液固相分解物和冷凝物微小颗粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空气。
火灾烟气中含有众多的有毒有害成分、腐蚀性成分和颗粒物等，加之火灾环境高温、缺氧，导致火灾中很多人因烟气窒息和中毒而死亡。
2.3目的和意义学习研究各种可燃物的着火条件――――防火学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火，减少损失学习研究燃烧烟气特性――――防排烟，减少人员伤亡三、火灾防治措施火灾防治措施有：建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调动社会各界力量投入防灭火。
四、燃烧学的研究对象和方法4．1燃烧学的研究对象燃烧学的主要研究方面：1、燃烧理论的研究。
2、燃烧技术的研究。
燃烧学讲义第一章
第1章燃烧化学基础燃烧的本质和条件1.1.1 燃烧的本质所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。
燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。
从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。
如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。
它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。
现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。
这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用1.1.2.1 燃烧的条件燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。
作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。
1．可燃物（还原剂）不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。
2．助燃物（氧化剂）凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。
空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。
3．点火源凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。
燃烧学课件.精装版
≥0.8
30
二、着火 （一）着火概念 可燃物在与空气共存的条件下，当达到某一温度 时，与着火源接触即能引起燃烧，并在着火源离 开后仍能持续燃烧，这种持续燃烧的现象叫着火。 着火就是燃烧的开始，并且以出现火焰为特征。 着火是日常生活中最常见的燃烧现象。如用火柴 去点柴草、汽油、液化石油气等，就会引起它们 着火。 （二）燃点 燃点是指可燃物开始持续燃烧所需的最低温度， 又称着火点。可燃物的温度 没有达到燃点时是不会着火的，特质的燃点越低， 越易是火。某些常见可燃物的燃点如表3-3所示。
燃烧
公安部消防局最新统计数字： 2008年共发生火灾13.3万起 死亡1385人，受伤684人 直接财产损失15亿元
（一）、火灾的危害 “火,善用之则为福,不善用之则为祸”
火灾概念:是在时间和空间上失去控制 的燃烧所造成的灾害。
新疆克拉玛依市1994年12月8日大火
、
1994年12月8日，新疆克拉玛依市教育局官 僚为欢迎上级派来走走样子的“义务教育 与扫盲评估验收团”的25位官员，组织全 市最漂亮的能歌善舞的中小学生796人在友 谊馆剧场举办“专场文艺演出”。
第四章 燃烧学
预防为主 防消结合
主讲人：
一、燃烧的概念
燃烧——可燃物与氧化剂作用发生的放热反 应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟现象。 燃烧具有三个特征，即化学反应、放热和发 光。通电的电炉和灯泡虽有发光和放热现象， 但没有进行化学反应，只是进行了能量的转 化，故不是燃烧；生石灰遇水发生了化学反 应，并且放出大量的热，但它没有发光现象， 它也不是燃烧。这些现象虽不是燃烧，但在 一定条件下，可作为着火源引起燃烧或引发 火灾。
(三)闪点在消防上的应用
1．闪点是判断液体火灾危险性大小的主要依据
消防燃烧学
04
空气需要量是 燃烧控制的重 要参数，关系 到燃烧效率和 污染物排放。
燃烧产物生成量
燃烧产物：二氧化 碳、水蒸气、氮氧 化物等
01
生成量与燃烧条件 有关：如温度、压 力、氧气浓度等
02
04
燃烧产物的利用： 如二氧化碳用于合 成燃料、氮氧化物 用于制造化肥等
03
燃烧产物对环境的 影响：如温室效应、 酸雨等
两者关系
01
空气需要量： 燃料燃烧所需
的氧气量
02
燃烧产物生成 量：燃料燃烧 后产生的气体、
烟尘等物质
03
关系：空气需 要量与燃烧产 物生成量成正 比，即空气需 要量越大，燃 烧产物生成量
越多
04
影响：空气需 要量不足会导 致燃烧不充分， 产生有毒气体 和烟尘，影响 环境质量和人
04
确认周围环境安全，确 保自身安全
灭火措施
冷却灭火：降低 温度，使可燃物
无法继续燃烧
窒息灭火：隔绝 氧气，使可燃物
无法继续燃烧
隔离灭火：将可 燃物与火源隔离，
阻止火势蔓延
化学抑制灭火： 使用灭火剂，使
燃烧反应中断
逃生技巧
保持冷静：遇到 火灾时，保持冷 静，不要惊慌失 措。
寻找逃生路线： 观察周围环境， 寻找最近的逃生 路线，如安全出 口、楼梯等。
利用消防设施： 使用灭火器、消 防栓等消防设施 进行灭火，为自 己争取逃生时间。
保护呼吸系统： 用湿毛巾或衣物 捂住口鼻，防止 吸入有毒气体。
匍匐前进：在浓 烟环境中，尽量 匍匐前进，避免 吸入过多有毒气 体。
寻求帮助：如果 无法自行逃生， 可以拨打119报警 电话，寻求消防 员的帮助。
燃烧学
第一讲重点：燃烧条件、及燃烧空气量的计算。
绪论燃烧学是研究燃烧的发生、发展和熄灭过程的学科。
一．燃烧学的研究内容燃烧的本质；着火机理、熄火机理；气、液、固体可燃物燃烧特性；燃烧技术（工程燃烧学）；防灭火技术（消防燃烧学）。
二．燃烧学学习的目的和意义2.1 火的作用火被人类掌握和使用以后，为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。
2.2火的危害火一旦失去控制，造成对国民经济的损失，同时，火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏。
火灾还对社会带来不安定因素。
火灾指的是在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象，包括森林、建筑、油类等火灾以及可燃气和粉尘爆炸。
火灾发生的必要条件：可燃物、空气和火源同时存在。
按火灾损失严重程度可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾三类。
下面是几个典型火灾案例。
1998年1月3日，吉林省通化市东珠宾馆发生火灾。
1999年10月30日，韩国仁川市一幢4层楼的地下卡拉OK厅发生火灾，有57人被烧死，71人被烧伤。
2000年12月25日，洛阳东都商厦火灾。
2002年6月16日，位于海淀区学院路20号的“蓝极速”网吧发生火灾。
火灾烟气的组成：（1）气相燃烧产物；（2）未完全燃烧的液固相分解物和冷凝物微小颗粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空气。
火灾烟气中含有众多的有毒有害成分、腐蚀性成分和颗粒物等，加之火灾环境高温、缺氧，导致火灾中很多人因烟气窒息和中毒而死亡。
2.3目的和意义学习研究各种可燃物的着火条件――――防火学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火，减少损失学习研究燃烧烟气特性――――防排烟，减少人员伤亡三、火灾防治措施火灾防治措施有：建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调动社会各界力量投入防灭火。
四、燃烧学的研究对象和方法4．1燃烧学的研究对象燃烧学的主要研究方面：1、燃烧理论的研究。
2、燃烧技术的研究。
燃烧学
燃烧学燃烧学是研究燃烧现象、实践和理论的科学。
燃烧是涉及到化学、热力学、传热传质学和流体力学等问题的复杂过程。
燃烧学是研究着火、熄火和燃烧机理的学科。
燃烧是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应，并伴有发光发热的现象。
燃烧不单纯是化学反应，而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。
燃烧学的研究内容通常包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。
远古时代，火的使用使人类从野蛮状态走向文明。
十世纪以前，人们认为物质燃烧取决于一种特殊的“燃素”。
18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。
19世纪，人们用热化学和热力学方法研究燃烧，发现了燃烧热、绝热燃烧温度和燃烧产物平衡成分等重要特性。
20世纪初，苏联化学家谢苗诺夫和美国化学家刘易斯等人发现，影响燃烧速率的重要因素是反应动力学，而且燃烧反应有分枝链式反应的特点，即中间生成物可以加速燃烧过程。
20 世纪20年代，苏联科学家泽利多维奇、弗兰克·卡梅涅茨基和美国的刘易斯等又进一步发现：燃烧现象，无论是着火、熄灭和火焰传播，还是缓燃和爆震等，都是化学反应动力学和传热传质等物理因素的相互作用。
在研究了预混火焰和扩散火焰、层流燃烧、湍流燃烧、液摘燃烧和碳粒燃烧等基本规律之后，人们认识到，控制燃烧过程的主导因素往往不是化学反应动力学，而是流动和传热传质，于是初步形成燃烧理论。
20世纪40～50年代，由于航空、航天技术的发展，使燃烧的研究由一般动力机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等问题中，并取得了迅速的发展。
因此，力学家卡门和中国的钱学森建议用连续介质力学方法来研究燃烧，提出了“化学流体力学”这一名称。
许多人运用粘性流体力学和边界层理论对层流燃烧、湍流燃烧、着火、火焰稳定和燃烧振荡等问题进行了更深入的定量分析。
燃烧学
一、燃烧与火焰的基本概念1、燃烧通常把具有强烈放热并伴随有光辐射的快速化学反应过程都称为燃烧，如典型的强烈氧化反应，以及与此相似的氮化、氟化等反应也称为燃烧。
（在有两种组分参加的燃烧反应中，把放出活泼氧原子（或类似的原子）的物质称为氧化剂，而另一类组分则称为燃料。
）2、燃烧过程的特性除发光、发热等外部特征外，还具有电离和在可燃介质中传播的特征。
火焰辐射由于火焰发光、发热等导致，主要包括：热辐射——主要是化学稳定产物的光谱带，最强的光谱带一般在红外区。
化学发光辐射——不连续光谱带发射的结果，主要来自于化学反应过程中CH、OH、O等自由基的激发态电子。
炽热固态烟粒和碳粒的辐射——连续辐射，具有较宽的光谱带范围。
电离特性一般在碳氢化合物和空气中的燃烧火焰中（尤其是层流火焰中）的气体具有较高的电离度。
自行传播火焰向周围可燃介质传播，直到整个反应系统终止。
根据传播机理和特征包括两类火焰：缓慢燃烧火焰——通过导热使未燃气体温度升高（或通过扩散作用将自由原子、自由基传递到未燃气体中产生链式反应），以约0.2~1m/s的速度稳定、缓慢地传播。
爆轰火焰——依靠激波的压缩作用使未燃气体温度升高，传播速度约为几km/s）。
3、燃烧过程的本质（1）化学的观点：燃烧过程中原来物质的分子结构被破坏，原子中的外层电子重新组合，经过一系列的中间产物的演变，最后形成了生成物即燃烧产物。
在化学反应中，总的化学能降低了，这部分能量主要以热能和光能的形式被释放出来，表现为火焰现象。
（2）物理的观点：燃烧过程总是发生在流动系统中，这种流动可能是均相流，也可能是多相流，可以是层流也可以是湍流；燃烧过程总是发生在不均匀物质场的条件下，多种组分之间会发生混合、扩散等现象，甚至还有物质相态的变化。
燃烧引起的不均匀温度场，使燃烧过程中还伴有能量的传递，且如外界电磁场、重力场等因素也会对燃烧过程产生显著的影响。
因此，燃烧是一种物理和化学的复杂的综合动态过程，燃烧学的学习必然涉及燃烧的化学热力学和化学动力学基础、燃烧的流体力学和传热传质基础等相关理论基础，以及化学动力学控制的燃烧、液体与煤燃烧的理论、预混气体火焰、湍流燃烧等基本燃烧现象。
第二章 燃烧学基础
第二章燃烧基础知识第一节燃烧的本质与条件一、燃烧的定义在国家标准《消防基本术语·第一部分》GB5907—86中将燃烧定义为：可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟的现象。
燃烧应具备三个特征，即化学反应、放热和发光。
燃烧过程中的化学反应十分复杂。
可燃物质在燃烧过程中，生成了与原来完全不同的新物质。
燃烧不仅在空气(氧)存在时能发生，有的可燃物在其他氧化剂中也能发生燃烧。
二、燃烧的本质近代连锁反应理论认为：燃烧是一种游离基的连锁反应(也称链反应)，即由游离基在瞬间进行的循环连续反应。
游离基又称自由基或自由原子，是化合物或单质分子中的共价键在外界因素(如光、热)的影响下，分裂而成含有不成对电子的原子或原子基团，它们的化学活性非常强，在一般条件下是不稳定的，容易自行结合成稳定分子或与其他物质的分子反应生成新的游离基。
当反应物产生少量的活化中心——游离基时，即可发生链反应。
只要反应一经开始，就可经过许多连锁步骤自行加速发展下去(瞬间自发进行若干次)，直至反应物燃尽为止。
当活化中心全部消失(即游离基消失)时，链反应就会终止。
链反应机理大致分为链引发、链传递和链终止三个阶段。
综上所述，物质燃烧是氧化反应，而氧化反应不一定是燃烧，能被氧化的物质不一定都是能够燃烧的物质。
可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中间反应阶段，不是氧化整个分子，而是氧化链反应中间产物——游离基或原子。
可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的链反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。
三、燃烧的条件(一)燃烧的必要条件燃烧现象十分普遍，但任何物质发生燃烧，都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程。
燃烧过程的发生和发展都必须具备以下三个必要条件，即：可燃物、助燃物(又称氧化剂)和引火源。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
只有这三个要素同时具备的情况下可燃物才能够发生燃烧，无论缺少哪一个，燃烧都不能发生。
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传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
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燃烧学复习
本课程内容
• • • • • • • • • 绪论 燃烧热力学 传质基础 燃烧动力学 几个重要的反应机理 层流预混燃烧 湍流预混燃烧 扩散火焰 液滴蒸发与燃烧
绪论
• 燃烧概念 • 燃烧分类（按照流态、相态、传播方式等）
燃烧热力学
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液体燃料蒸