气体燃料燃烧

➢ xA为燃料的摩尔分数，xB为空气（氧）摩尔分数
CA CxA
CB CxB
C Pc R Tc
Q RV nK 1T0CnPcn2xAa(1xA)naeRE TC
S E
谢苗诺夫方程
两边取对数、整理， 得：
lnT P cn c n2R E T c1 2lnK 0Q V E xS A a R (1 n 1xA)na
根据此方程，如果α、S,V、E、Q、K0 已知，n=2，可 以将上式简化为：
lnPc A1ln B Tc2 Tc气体2燃料燃x烧A(1xA)
着火界限
• 反应级数为2时的简化谢苗诺夫方程
lnTPcc2
A1ln B Tc 2 xA(1xA)
气体燃料燃烧
压力与温度的关系（浓度不变）
• 根据热自燃理论，在一定浓度下，着火温度与系 统的压力成反比
气体T燃C 料燃T烧0
RT02 E
热自燃理论的应用
• 着火感应期 • 着火极限：浓度极限、压力极限、温度极限
爆炸极限 爆炸浓度极限，如：甲烷/空气：5～15% 爆炸压力极限，如：甲烷/空气：小于0.065MPa，不爆炸 爆炸温度极限，如：甲烷/空气：小于690℃，不爆炸
气体燃料燃烧
热自燃的感应期
烃类气体燃烧的“冷焰”现象 卤代烷的高效灭火性能 氢/氧体系的着火“半岛”
气体燃料燃烧
链锁自燃理论的基本思想
在氧化反应体系中，使反应加速不一定要靠热量的积累， 也可以通过分支的链锁反应，迅速增加活化中心（自由 基）浓度，来促使反应不断加速直至着火爆炸
链锁自燃理论的基本出发点：链锁反应体系着火与否 取决于该体系自由基的生成速度和销毁速度之间的关 系。
（1）
K0QVCA aCB beE/RTC(RE TC 2) S （2）
两式相除有
TC
T0
RTC2 E
带入（1）
得
[Q 1]TTC
E
K0Q VCA aCB bEeRTC 气体燃料燃烧
SRE Tc2
➢ 设反应物总摩尔浓度为C， ➢ 即C＝CA＋CB
E
K0QVCAaCBbEe RTc
SRETc2
Pc
非着火 区
着火区
Tc
物资名称 汽油蒸汽
自燃点（℃）
0.1MPa 0.15MPa 0.20MPa 0.25MPa 0.30MPa 0.40MPa
480
350 气体燃料3燃10烧
290
280
250
一定压力下的着火极限
Tc
PC=const
着火
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。
• 定义
预混可燃气体从初始温度加热到着火温度 所需的时间
所有的着火过程都有感应期，长短不一， 与温度和气体成分有关
提高预混气体的温度和压力，或提高燃气 浓度，感应期可缩短
气体燃料燃烧
着火极限
在自燃临界状态：
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
T TC
E
K 0Q VC A aCB beRTc STcT0
第五章 气体燃料的燃烧
气体燃料燃烧
章节安排
• 5.1 气体燃料燃烧原理及特点 • 5.2 预混可燃气体的着火和燃烧 • 5.3 气体燃料的扩散燃烧
气体燃料燃烧
5.1 气体燃料燃烧原理及特点
气体燃料燃烧
气体燃料的燃烧过程
段三 个 阶
燃气和空气的混合阶段
混合后可燃气体混合物 的加热和着火阶段
Baidu Nhomakorabea
型两 种 类
放热速率 Q1qk0CA neE/RT
散热速率
Q2
S V
(T
T0 )
Q1
Q
B
Q1 Ae E / RT
Q2 B (T T0 )
C A
T01
T02 气体燃料燃烧
T
改变散热条件时
气体燃料燃烧
改变初始温度时
Q1
Q2
气体燃料燃烧
改变发热曲线时
Q1
Q2
气体燃料燃烧
热自燃条件
• 系统发生热自燃的条件是Q1>=Q2。当发热曲线与 散热曲线只有一个切点时，此切点称为着火点， 其对应的温度即为着火温度
气体燃料燃烧
爆炸式化学反应
反 理应
机
热爆燃
系统内热量的积聚，使 温度升高，引起化学反 应速度按阿累尼乌斯指 数规律迅速增加
热自燃
链锁爆燃
由于链锁反应的分支 使活化中心迅速增加， 导致化学反应速度急 剧增大
链锁自燃
气体燃料燃烧
热自燃理论
• 又称谢苗诺夫热着火理论
基本思想
某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反 应，反应产生热量，同时向环境散热，当产生的热量 大于散热时，体系的温度升高，化学反应速度加快， 产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至 着火燃烧。
完成燃烧化学反应
预混燃烧
全预混燃烧 半预混燃烧
扩散燃烧 气体燃料燃烧
预混燃烧
• 燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理 论空气量之比，称为一次空气系数，当一次空气 系数大于0而小于1时，称为半预混燃烧；当一次 空气系数大于或等于1时，称为全预混燃烧
气体燃料燃烧
5.2 预混可燃气体的着火和燃烧
气体燃料燃烧
预混可燃气体的燃烧过程
• 有两个基本阶段
– 着火阶段
• 燃烧的准备阶段，主要是积累热量和活化分子
– 着火后的燃烧阶段
气体燃料燃烧
预混可燃气的着火方法
着 法火
方
自燃
由于自身温度的升高而导致化学 反应速度自行加速所引起的着火
点燃
由于外界能量的加入，而使预混 可燃气体的化学反应速度急剧加 快所引起的着火
即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。 发生热自燃时的温气度体称燃料为燃烧热自燃温度或着火温度。
研究对象：预混可燃气体，闭口系 简化假设:
①体积为V,表面积为S,壁温=T0 ②混合气初始温度为T0 ③容器对环境的总换热系数α不变 ④着火前容器内气体可燃料燃燃烧物浓度均匀不变
着火温度是不是物性参数？
气体燃料燃烧
着火温度的计算
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
T TC
E
A e RTC B TC T0
A
E
E
e RTC B
R TC 2
TC
EE 2R 2R
14RT0 E
T C2 E R2 E R 12R E T 02R E 2 2 T 0 2 T 0R E T 0 2
• 温度下降至某一值，系统失去爆炸性——存在着火的温
度极限
气体燃料燃烧
一定温度下的着火极限
Pc
T0=const
Pc
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。
• 压力下降至某一值，系统失去爆炸性——存在着火的
压力极限
气体燃料燃烧
链锁自燃理论
热自燃理论无 法解释的现象