气体燃烧速度

可燃物质的热值是用量热法测定出来的，或者根据物质的元素组成用经验公式计算。Q=(1000*Q燃

烧)/22.4 (1—1)

1．可燃物质如果是气态的单质和化合物，其热值可按下式

计算，

式中：Q——每1m3可燃气体的热值，J／m3；

Q燃烧——每摩尔可燃气体的燃烧热，J／mol。

[例1]试求乙炔的热值。

[解]从表1—2中查得乙炔的燃烧热为130.6×104J／mol；

代入公式(1—1)

答：乙炔的热值为5.83×107J/m3。

2. 可燃物质如果是液态或固态的单质和化合物，其热值可

按下式计算：Q=(1000*Q燃烧)/M (1—2)

式中：M——可燃液体或固体的摩尔质量。

[例2]试求苯的热值；(苯的摩尔质量为78)

[解〕从表1—2查得苯的燃烧热为328X104J／mol，代入公

式(1—2)

答：苯的热值为4．21×107J／kg。

3．对于组成比较复杂的可燃物，如石油、煤炭、木材等，其热值可采用门捷列也夫经验公式计算其高热值和低热值。高热值是指单位质量的燃料完全燃烧，生成的水蒸汽也全部冷凝成水时所放出的热量；低热值是指单位质量的燃料完全

燃烧，生成的水蒸汽不冷凝成水时所放出的热量。门捷列也

夫经验公式如下：

Q高= 81C+300H-26(O-S) (1—3)

Q低= 81C+300H-26(O-S)-6(9H+w) (1—4)

式中，Q高、Q低——可燃物质的高热值和低热值，kcal／kg；

C——可燃物质中碳的含量，％；

H——可燃物质中氢的含量，％；

O—一可燃物质中氧的含量，％；

S——可燃物质中硫的含量，％；

w—一可燃物质中的水分含量，％，

[例] 试求5kg木材的低热值。木材的成分为：C——43％，H—一7％，O——41％，S——2%，

W——7％

[解]将己知物质的百分组成代入公式(1—4) Q＝81×43+300×7-26(41-2)一6(9×7+7)=4149(kcal／

kg)=1735．9×104(J／kg)

则5kg木材的低热值为：

5×1735．9×104=8679.7×104J

答：5kg木材的低热值为8679．7×104J。

可燃物质的热值见表l－2。

二、燃烧温度

可燃物质燃烧时所放出的热量，一部分被火焰辐射散失，而大部分则消耗在加热燃烧产物上。由于可燃物质燃烧所产生的热量是在火焰燃烧区域内析出的，因而火焰温度也就是燃烧温度。可燃物质的燃烧温度见表1—2。

火焰最高温度的计算：

燃烧过程是典型的非等温反应。在这种情况下，可利用图3－5那样的恒压循环过程作计算。如反应物的温度为T1，产物温度为T2，则反应的ΔH为: ΔH＝ΔH1＋ΔH0298＋ΔH2常温下的反应物，进入火焰后立即变为产物。由于过程是瞬间完成的，可以近似地认为反应是在绝热条件下完成的，反应放出的热全部用来加热产物和掺杂在反应物中的惰性气体，使之升高到火焰温度。根据如此假设计算出的是火焰的最高温度T m。实际上，火焰并不是绝热的化学反应气

团，所以温度要低一些。

例3．9 燃烧水泥的转炉是利用煤粉燃烧加热的。假设喷进转炉的煤粉掺有按燃烧反应计量的空气，试问转炉可能达到

多高的温度?

解煤粉燃烧过程可以用图3．6那样的恒压循环过程表示。假设反应是在绝热条件下进行的，所以ΔH＝0。因为循环过程，ΔH1＋ΔH2 －ΔH＝0，所以ΔH1＝ΔH2

ΔH1是煤粉的燃烧热，也就是CO2的生成热，等于－94.05千卡。1摩尔煤粉燃烧需要1摩尔氧气，生成1摩尔二氧化碳，同时还混有4摩尔的氮气(空气中O2：N2＝1：4)。所以，ΔH2是l摩尔CO2和4摩尔氮气从298K升温到Tm所需的热量。查表知它们的热容为

CO2 Cp＝6.37十10.10×10-3T－3.41×10-6T2

N2 Cp＝6.66十1.02×10-3T

＝33.01Tm＋7.09×10－3Tm2－1.14×10－6Tm3－

10434

又因为ΔH2＝ΔH1＝94050卡，所以得到关于火焰最高温度

的方程为:

1.14×10－6Tm3－7.09×10－3Tm2－33.01Tm ＋104484＝

解得Tm＝2404（K）

实际上，火焰温度要比Tm低，因为不能达到绝热条件，而且从理论上讲，计算中假设碳和氧完全化合成CO2，这是近似的，在高温下二氧化碳的离解作用也不应忽视。理论上严格计算火焰温度时，一般要经过多次逼近才行。几种火箭燃料所能达到的理论最高温度如下：

燃料氧化剂理论最高温度

(℃)

NH2NH2 NH2NH9 B2H6 C2N6

O2

F2

F2

O3

2970

4160

4360

5240 三、燃烧速度

（一）气体燃烧速度

由于气体的燃烧不需要象固体、液体那样经过熔化、蒸发等过程，所以燃烧速度很快。气体的燃烧速度随物质的组成不同而异。简单气体燃烧如氢气只需受热、氧化等过程；而复杂的气体如天然气、乙炔等则要经过受热、分解、氧化过程才能开始燃烧。因此，简单的气体比复杂的气体燃烧速度快。在气体燃烧中，扩散燃烧速度取决于气体扩散速度，而混合燃烧速度则取决于本身的化学反应速度；在通常情况下

（二）液体燃烧速度

液体燃烧速度取决于液体的蒸发。其燃烧速度有两种表示方法。一种是以每平方米面积上，l小时烧掉液体的重量表示，叫做液体燃烧的重量速度。一种是以1小时烧掉液体层的高度来表示，叫做液体燃烧的直线速度。易燃液体的燃烧速度与很多因素有关，如液体的初温、贮罐直径、罐内液面的高低，液体中水分含量等。初温越高，燃烧速度越快，贮罐中低液位燃烧比高液位燃烧的速度要快。含水的比不含

水的石油产品燃烧速度要慢。

液体燃烧前须先蒸发而后燃烧。易燃液体在常温下蒸气压就很高，因此有火星、灼热物体等靠近时便能着火，随后，火焰便很快沿液体表面蔓延，其速度可达0．5～2米／秒。另一类液体则必须在火焰或灼热物体长久作用下，使其表面层强烈受热而大量蒸发后才能着火。故在常温下生产，使用这类液体的厂房没有火灾爆炸危险。这类液体着火后只在不大的地段上燃烧，火焰在液体表面上蔓延得很慢。

为了使液体燃烧继续下去，必须向液体传入大量热，使表层的液体被加热并蒸发。火焰向液体传热的途径是靠辐射。故火焰沿液面蔓延的速度除决定于液体的初温、热容、蒸发潜热外还决定于火焰的辐射能力。如苯在初温为16℃时燃烧速度为165．37公斤／米2·小时；而在40℃时为177．18公斤／米2·小时；60℃时为193．3公斤／米2·小时。