燃烧学—第5章2
消防燃烧学
消防燃烧学第一章火灾燃烧基础知识第一节燃烧的本质和条件一、燃烧的本质（识记）燃烧是可燃物与助燃物相互作用发生的强烈放热化学反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。
游离基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
二、燃烧条件及其应用（简单应用）（一）燃烧条件燃烧的发生必须具备三个基本条件，即可燃物、助燃物和点火源。
1．可燃物（还原剂）如氢气、乙炔、乙醇、汽油、木材、纸张、塑料、橡胶、纺织纤维、硫、磷、钾、钠等。
2．助燃物（氧化剂）如空气（氧气）、氯气、氯酸钾、高锰酸钾、过氧化钠等。
一般‘3．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。
上述三个条件还需满足以下数量要求，并相互作用：(1)一定的可燃物浓度氢气的体积分数低于4%时，不能点燃；煤油在20℃时，由于蒸发速率较小，接触明火也不能燃烧。
(2)一定的助燃物浓度或含氧量例如，一般的可燃材料在氧气的体积分数低于13%的空气中无法持续燃烧。
(3)一定的着火能量即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。
(4)相互作用燃烧的三个基本条件须相互作用，燃烧才可能发生和持续进行。
（二）燃烧条件的应用根据着火三角形1．控制可燃物2．隔绝空气3．消除点火源4．防止形成新的燃烧条件，阻止火灾范围的扩大根据燃烧四面体1．隔离法2．窒息法3．冷却法4．化学抑制法第二节燃烧分类与燃烧基本过程一、燃烧分类（识记）按照参与燃烧时物质的状态分类：气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。
按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类：预混燃烧和扩散燃烧。
按照化学反应速度：热爆炸和一般燃烧。
按照参加化学反应的物质：化合反应燃烧和分解爆炸燃烧。
按照反应物参加化学反应时的状态：燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧按照着火的方式分类：自燃和点燃。
绝大部分物质的燃烧都属于气相燃烧。
物质燃烧剩余的残炭和金属物质的燃烧等是表面燃烧。
二、燃烧的基本过程（领会）（一）可燃固体的的熔化、分解或升华过程燃烧过程中发生熔化的主要是热塑性材料，塑料的熔化没有明确的熔点。
燃烧学—第5章3 [兼容模式]
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滴群扩散燃烧
冷液雾
预热区 纯蒸发
预混气燃烧
图5-37 简化的滴群扩散燃烧模型
《燃烧学》--第五章
一维两相火焰的总体连续方程为： u m 常数
g
l u m 常数
气相连续方程为
d g u dx
l
d
4
kf N
kf为扩散燃烧的蒸发常数，N为液 滴在单位容积内的数目。
vl
1 4k 4 4 ( T T ) h ( T T ) T T c M ( T T ) F l F l F F F l l pl l l l LV cpl Tl T d
当d很小的时候，上式右端的第1项相对较大，所以有vl与d近 似成正比的关系。 当d很大时，右端的第1项相对较小，所以有vl与d近似无关系。
上式又可写为
' ' z c p T Q z 0 c p T g , 0 Q0 m dx
dT
若将上式无量纲化，最终可以解得
1 1 m d c 0 p l
《燃烧学》--第五章
图 5-41 湍流型浮力扩散火焰
《燃烧学》--第五章
（二）火焰的倾斜度 液池内油品的火焰大体上呈锥形，锥形底就等于燃烧的液池 面积。锥形火焰受到风的作用而产生一定的倾斜角度，这个 角度的大小与风速有直接的关系。当风速大于或等于4m／s时， 火焰会向下风方向倾斜约 60 ～ 70°此外，试验还表明；在无 风的条件下，火焰会在不定的方向倾斜 0 ～ 5°这也许是因为 空气在液池边缘被吸入的不平衡或火焰卷入空气不对称所造 成的。
《消防燃烧学》第5章 燃烧温度
t热
Q低
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0 解方程即得t热
14
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理 Q 低 Q空 Q 燃 Q分 V n c产
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
15
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解较弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度 才考虑热分解 并且只考虑CO2和H2O的热分解反应，则分 解热Q分
8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表5－2)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，根据燃料种类确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
CO2和H2O的比热对温度的变化比较敏感，N2不明 显 C和H燃烧以后，产物的比热虽然增加，但是不大 各种燃料燃烧以后产物的比热介于C和H的产物比 热之间，差别不大
理
t理 '
Q 低 Q空 Q 燃 V n c产
（3）计算不考虑Q分的i总，然后查图5－4得到t理
i总 Q低 Q空 Q燃 Vn
20
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量 考虑Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理
Q 低 Q空 Q 燃 Q分 V n c产
t热 Q低 V 0 c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？ 只和燃料性质有关
6
理论发热温度的计算
燃烧学第5章液体燃料燃烧
5、液滴分离的基本原理 液体表面不断增大，直到它变得不稳定并破碎。
图5-3
液滴的分裂过程
液滴从液体产生的过程，依赖于液体在雾化喷嘴中 的流动性质（即是层流还是湍流）、给液体加入能 量的途径、液体的物理性质以及周围气体的性质。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数 液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成 液滴的液体表面张力之间的比值。
2 2 ( v v ) d ( v v ) 作用于液滴表面的外力 g l g g 1 l g Weg 液滴内力
g 气体密度（kg/m ） vl、vg 液体、气体速度（m/s） 液体表面张力（N/m） dl 液滴的直径（m）
3
d1
上式表明，燃烧室中的压力增高、相对速度增加以及液体的 表面张力系数减小，均对雾化过程有利。
图5-11 燃料分布特性 a)、b)离心式机械雾化喷嘴> c)直流式机械雾化喷嘴
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流
二、相对静止环境中液滴的蒸发 三、强迫气流中液滴的蒸发
四、液滴群的蒸发
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流 1、蒸发过程液滴周围成分分布
图5-12 液体周围成分分布 wxg—空气中空气质量分数 wlg—空气中燃料蒸气的质量分数 wxgs—液滴表面的燃料蒸气质量分数 wlgs—液滴表面的空气质量分数
2、旋转式雾化喷嘴
• 压力油流通过空心轴进入喷嘴头部高速旋转的转杯内，其转 速约为3000~6000rpm，高速旋转产生的离心力，使油流从转 杯内壁向出口四周的切线方向甩出，因速度较高使油膜被空 气雾化成细滴。旋转杯式喷嘴的结构示于图6-5所示。
图5-6 中间回油式机械喷嘴 1—二次风嘴 2—一次风嘴 3—转杯 4—风机 5—转轴 6—进油管 7—进油体 8—电动机
燃烧学习题答案
燃烧学习题答案祝！各位同学考试顺利，新年快乐！中国矿业⼤学《燃烧学》复习题参考答案2011 / 7/ 9第⼀章化学热⼒学与化学反应动⼒学基础1、我国⽬前能源与环境的现状怎样？电⼒市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？我国⽬前的能源环境现状：⼀、能源丰富⽽⼈均消费量少我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源60%以上在华北，⽔⼒资源70%以上在西南，⽽⼯业和⼈⼝集中的南⽅⼋省⼀市能源缺乏。
虽然在⽣产⽅⾯，⾃解放后，能源开发的增长速度也是⽐较快，但由于我国⼈⼝众多，且⼈⼝增长快，造成我国⼈均能源消费量⽔平低下，仅为每⼈每年0.9吨标准煤，⽽1 吨标准煤的能量⼤概可以把400吨⽔从常温加热⾄沸腾。
⼆、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境从⽬前状况看，煤炭仍然在我国⼀次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的⽐例是相当⼤的。
以煤为主的能源构成以及62％的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿⽤落后的技术被直接燃烧使⽤，成为我国⼤⽓污染严重的主要根源。
据历年的资料估算，燃煤排放的主要⼤⽓污染物，如粉尘、⼆氧化硫、氮氧化物、⼀硫化碳等，对我国城市的⼤⽓污染的危害已⼗分突出：污染严重、尤其是降尘量⼤；污染冬天⽐夏天严重；我国南⽅烧的⾼硫煤产⽣了另⼀种污染——酸⾬；能源的利⽤率低增加了煤的消耗量。
三、农村能源供应短缺我国农村的能源消耗，主要包括两⽅⾯，即农民⽣活和农业⽣产的耗能。
我国农村⼈⼝多，能源需求量⼤，但农村所⽤电量仅占总发电量的14%左右。
⽽作为农村主要燃料的农作物桔杆，除去饲料和⼯业原料的消耗，剩下供农民作燃料的就不多了。
即使加上供应农民⽣活⽤的煤炭，以及砍伐薪柴，拣拾⼲畜粪等，也还不能满⾜对能源的需求。
电⼒市场现状：2008年10⽉份，中国电⼒⼯业出现4.65％的负增长，为⼗年来⾸次出现单⽉负增长。
11⽉，部分省市⽤电增幅同⽐下降超过30％。
在煤价⼤幅上涨和需求下滑的影响下，⽬前⽕电企业亏损⾯超过90％，预计全年⽕电全⾏业亏损将超过700亿元。
燃烧学讲义2014-第五章
2
火焰锋面
O2—C∞
δ
∵在∞：O2浓度C∞
C
r=r1,C=0
0
dr 4 DdC q m 2 r r1
1 1 4 D ( C 0) q m ( ) r1
r1
qm r1 4 DC
西安交通大学能源与动力工程学院
柴油 重油 ：初期 稳定期 后期
规律好（轻质油） 油滴受热膨胀，δ↑ 轻质部分受热蒸发，规律好 重质部分包覆，δ↑ 破裂，δ↓
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32
四、合理配风
油雾燃烧基本上属于扩散火焰，不会回 火，也不易脱火。 保持火焰稳定性主要防止脱火：使用钝 体、稳焰器，或者值班火焰
第四节 液滴燃烧
一、 静止液滴的燃烧
二、 强迫气流中液滴的燃烧 三、 液滴群的燃烧 四、合理配风
第四节 液滴燃烧
①油滴为球形，其周围温度场、浓度场均匀 ②油滴随气流而动，与气流间无相对运动（Re=0） ③油滴表面温度近似等于饱和温度T0=Tb ④火焰锋面向内向外导热传递（忽略辐射），向内导 热量 = 产生的油气所需汽化潜热量 + 油气温度升高所 需热量，且忽略斯蒂芬流（油蒸汽穿过锋面逃逸的 量）=0 ⑤O2 从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面O2 的 浓度=0，且O2 扩散到锋面的量符含化学反应中氧与 油的化学计量比
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28
提升油滴燃烧 速度的措施
8 k r
Cp DC ln 1 ( T T ) r 0 H Cp
① ρr↓→k↑ ，轻质油的燃烧速度更快。 ② Cp↓,λ↑→k↑ ，气体导热性能好，燃烧更快。 ③ H↓→k↑ ，油的气化潜热少，燃烧更快。 ④Tr↑→k↑ ，燃烧环境温度高，燃烧更快。 ⑤ T0↓→k↑ ，油的饱和温度低，燃烧更快。 ⑥ D↑→k↑ ，湍流传质能力强，燃烧更快。 ⑦C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。
燃烧学导论第三版答案第五章
燃烧学导论第三版答案第五章1.可燃物的着火方式可为：_________和_________两类。
其中不需要外界加热，靠自身化学反应而发生着火的现象称为___；需将可燃物和氧化剂加热到某一温度时能发生自动着火称为 ___。
[填空题] *空1答案：自燃空2答案：引燃空3答案：自热自燃空4答案：受热自燃2.热自燃理论认为，着火是_________与_________共同作用的结果。
[填空题] *空1答案：放热空2答案：散热3.链锁反应三步骤为_________、_________和___。
[填空题] *空1答案：链引发空2答案：链传递空3答案：链终止4.以下燃烧方式属于自燃的是（）。
[单选题] *A.木材燃烧B.油锅受热起火(正确答案)C.汽油发动机的燃烧D.液化气爆炸5.黄磷暴露在空气中自行发生燃烧，属于（）着火方式。
[单选题] *A.受热自燃B.点燃C.自热自燃(正确答案)D.引燃6.火柴摩擦而着火，属于（）着火方式。
[单选题] *A.受热自燃(正确答案)B.点燃C.自热自燃D.引燃7.烟煤因堆积过高而自燃，属于（）着火方式。
[单选题] *A.受热自燃B.点燃C.自热自燃(正确答案)D.引燃8.下列关于着火条件的说法，正确的是（）。
[单选题] *A系统达到着火条件意味着系统已经处于着火的状态B着火条件是指体系的着火点C着火条件是化学动力学参数和传热学参数的综合函数(正确答案) D着火条件是指体系着火时的临界环境温度9.下列说法中错误的是（）。
[单选题] *A.发热量越大，体系越容易自燃B.环境温度越高，体系越不易自燃(正确答案)C.发热量相同，表面积与体积比值越大，散热能力越强，越不易自燃D.较低自然点物质的加入可使高自燃点的物质自燃点低多选题10.自由基的特性有（）。
*A.能量高(正确答案)B.活性强(正确答案)C.不能稳定存在(正确答案)D.导电能力强11.链锁反应中，系统温度越高，自由基（）。
热动燃烧学第5章 燃烧过程
或：
EV wi Qi 1 RT2 hF
n wi k0i exp (
(13)
E ) RT
式中：
直径为d的球形容器内混合气的着火条件为： 如果系统与环境的换热以导热方式进行，则有： 代入式（14）得：
1 Ed wi Qi 1 2 6 RT h
(TC T ) RTC2 / E
TC的显式形式为：
E E T E TC 2R 2R R
2
(6)
上式的正号是没有意义的，实际上TC不可能有那么高，因此：
E 4 RT (7) (1 1 ) 2R E 在Ar数很大时，4RT/E << 1，因此，可以将上式中的根号项展开成 TC
熄火过程
从强烈放热反应向无反应状况的过渡
工业燃烧设备: 要求启动迅速—着火过程可靠，可靠地点燃燃料并形成稳定 的燃烧工况
汽车的加速性是衡量轿车的指标之一
鱼雷\火箭\飞机等工况的稳定
燃烧工况一旦建立，要求在工作条件发生变化时，火焰仍能 保持稳定而不熄火
汽车上坡 电站负荷变化
如果用摩尔浓度C来表示化学反应式中的质量浓度，则化
学反应式可以表示成：
因为： C p i i
n wi k0i Y n exp(
E E ) k0i ,C Cin exp( ) RT RT
(16)
RT p n E ) 所以： wi k0i ,C ( i ) exp( RT RT p VE E 相应的着火条件为： Qi ,C k0i ,C ( C i ) n exp ( ) 1 2 hFRT ,C A B
常数
燃烧学课件第五章多组分反应流体守恒方程
VS
解析过程中，需要注意数值计算的稳 定性和精度，以及边界条件和初始条 件的设定。同时，还需考虑反应流体 的非线性特性和多尺度问题，以提高 计算结果的准确性和可靠性。
05
守恒方程的数值解法
有限差分法
有限差分法是一种将偏微分方程转化为差分方程的方法，通过在离散点上 设置差分方程来逼近原方程的解。
有限差分法适用于规则的网格系统，通过在网格点上设置离散变量，利用 差分近似代替微分，将微分方程转化为离散的差分方程组。
解析方法
常用的解析方法包括分离变量法、特征线法、有限差 分法等。
解析过程
解析过程包括将方程化为标准形式、选择合适的变量 、求解方程等步骤。
解析结果
解析结果可以用于指导实验设计、优化工艺参数等实 际应用。
03
多组分反应流体的动量守恒方程
动量守恒方程的推导
推导基于牛顿第二定律
动量守恒方程的推导基于牛顿第二定律，即作用力等于反作用力。对于多组分反应流体，动量守恒方程描述了流体中 各组分动量的变化规律。
能量守恒方程的应用
能量守恒方程在多组分反应流体的研究中具有广泛的应用，它可以用于描述反应流体的温度场、压力 场和浓度场的变化。
通过求解能量守恒方程，可以预测反应流体的热力学性质，如温度、压力和组分浓度等，以及反应过 程中的热量传递和能量转化。
能量守恒方程的解析
解析能量守恒方程需要采用数值计算 方法，如有限差分法、有限元法等。 这些方法可以将连续的偏微分方程离 散化为一系列的代数方程，以便于求 解。
动态平衡
多组分反应流体中的化学组分在 不断变化的条件下达到动态平衡 ，维持一定的化学组成和性质。
守恒方程的概述
01
质量守恒
守恒方程是描述系统中质量守恒 的方程，表示质量在化学反应过 程中保持不变。
燃烧学讲义第五章 可燃液体的燃烧
第5章可燃液体的燃烧5.1液体燃料的燃烧特点目前，液体燃料的主体是石油制品，因此讨论液体燃料的燃烧主要涉及燃油的燃烧。
液体燃料的沸点低于其燃点，因此液体燃料的燃烧是先蒸发，生成燃料蒸气，然后与空气相混合，进而发生燃烧。
与气体燃料不同的是，液体燃料在与空气混合前存在蒸发汽化过程。
对于重质液体燃料，还有一个热分解过程，即燃料由于受热而裂解成轻质碳氢化合物和碳黑。
轻质碳氢化合物以气态形态燃烧，而碳黑则以固相燃烧形式燃烧。
根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将其燃烧形式分为液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧和雾化燃烧四种。
液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
若液体燃料容器附近有热源或火源，则在辐射和对流的影响下，液体表面被加热，导致蒸发加快，液面上方的燃料蒸汽增加。
当其与周围的空气形成一定浓度的可燃混合气、并达到着火温度时，便可以发生燃烧。
在液面燃烧过程中，若燃料蒸汽与空气的混合状况不好，将导致燃料严重热分解，其中的重质成分通常并发生燃烧反应，因而冒出大量黑烟，污染严重。
它往往是灾害燃烧的形式，例如油罐火灾、海面浮油火灾等。
在工程燃烧中不宜采用这种燃烧方式。
灯芯燃烧是利用的吸附作用将燃油从容器中吸上来在灯芯表面生成蒸汽然后发生的燃烧。
这种燃烧方式功率小，一般只用于家庭生活或其它小规模的燃烧器，例如煤油炉、煤油灯等。
蒸发燃烧是令液体燃料通过一定的蒸发管道，利用燃烧时所放出的一部分热量（如高温烟气）加热管中的燃料，使其蒸气，然后再像气体燃料那样进行燃烧。
蒸发燃烧适宜于粘度不太大、沸点不太高的轻质液体燃料，在工程燃烧中有一定的应用。
雾化燃烧是利用各种形式的雾化器把液体燃料破碎成许多直径从几微米到几百微米的小液滴，悬浮在空气中边蒸发边燃烧。
由于燃料的蒸发表面积增加了上千倍，因而有利于液体燃料迅速燃烧。
雾化燃烧是液体燃烧工程燃烧的主要方式。
对于不同的液体燃料，应依据其蒸发的难易程度不同的雾化方式。
易蒸发液体燃料的雾化（例如汽油）往往采用“汽化器”来实现。
消防燃烧学(新)
第一章火灾燃烧根底知识一、填空1、燃烧从本质上讲，是一种特殊的氧化复原反响。
2、燃烧三要素：要发生燃烧反响，必须有可燃物、助燃物和点火源。
3、根据火三角形，可以得出控制可燃物、隔绝空气、消除点火源、防止形成新的燃烧条件阻止火灾围的扩大四种防火方法。
4、根据燃烧四面体，可以得出隔离法、窒息法、冷却法、化学抑制法四种灭火方法。
5、燃烧按照参与燃烧时物质的状态分类，可分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧；按照可燃物与助燃物相互接触与化学反响的先后顺序分类，燃烧可分为预混燃烧和扩散燃烧；按照化学反响速度大小分类，燃烧可分为热爆炸和一般燃烧；按照参加化学反响的物质种类分类，燃烧可分为化合反响燃烧和分解反响燃烧两类；按照反响物参加化学反响时的状态分类，燃烧可分为气相燃烧和外表燃烧；按照着火的方式分类，燃烧可分为自燃和点燃等形式。
6、热量传递有三种根本方式：即热传导、热对流和热辐射。
7、释放热量和产生高温燃烧产物是燃烧反响的主要特征。
8、物质的传递主要通过物质的分子扩散、燃料相分界面上的斯蒂芬流、浮力引起的物质流动、由外力引起的强迫流动、紊流运动引起的物质混合等方式来实现。
9、物质A在物质B中扩散时，A扩散造成的物质流与B中A物质的浓度梯度成正比，这个梯度可有三种表示方法，分别是浓度梯度、分压梯度和质量分数梯度。
10、管道高度越高，管道外温差越大，烟囱效应越显著。
11、烟气是火灾使人致命的主要原因。
烟气具有的危害性包括：缺氧、窒息作用；毒性、刺激性与腐蚀性作用；烟气的减光性；烟气的爆炸性；烟气的恐惧性；热损伤作用。
12、烟气的主要成分：CO、CO2、HCI、SO2、NO2、NH3等气态产物。
二、简答1、燃烧的本质：是一种特殊的氧化复原反响。
燃烧的特征：燃烧时可以观察到火焰、发光、发烟这些特征。
例如：蜡烛燃烧时可以观察到花苞型火焰，实际火灾中的火焰呈踹流状态；停电时蜡烛发出的光可以照亮周围，实际火灾中物质燃烧的火光能够照亮夜空；蜡烛棉芯较长时很容易观察到火焰上方有黑烟冒出，在蜡烛上方放臵冷瓷器时，可以观察到烟炱，实际火灾中更可以观察到浓烟滚滚的现象。
燃烧学第五章着火与熄火
0 yB
i 0 ( y0 yB ) / W0
W0 k0 ( 0 y0 ) n e E / RT0
y 0 y B TB T0 y 0 0 Tm T0
y0 y B y0 TB T0 Q (TB T0 ) Tm T0 CV
H O2 M HO2 M
而代替原来的增殖反应[b]，使链载体H与O2化合 成相对寿命较长的分子HO2（用光谱仪测到）， 它向容器壁面扩散而碰壁终止，如：
2HO2 壁 H2 2O2
其结果是破坏了一个增殖链环，因此整个反 应再次由速率很高的爆炸反应回复到稳定的反应。 一般称此界限为爆炸高限或第二极限。
相对于指数中的T0，其 影响很小，可视为常数 压力、温度下降时，感应期增大。
二、非稳态分析法
着火感应期i ：
i 0 RT02CV ( EQk 0 ( 0 y0 ) n exp( E / RT0 )
E ln i 常数 RT0
当温度和混气成分不变时：
ln i ~ (1 n) ln p
在压力很低时，由于反应[e]比较显著，所以反应无法加 速到自燃。随着压力的升高，这些链载体的自由行程就 大大的减小，以致能够到达容器壁面的链载体变得很小， 而大部分链载体参与[b]、[C]、[d]得链增殖反应，从而 使反应加速而达到自燃，这时出现图中的第一极限。
当压力升到很高时，分子很密集，就可能出现三 分子反应：
lim n lim
t t
w1
(et 1)
w1
Φ =0：
n lim
0
w2
(et 1) w1t
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16.3
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
21
《燃烧学》--第五章
举例：飞机油箱中燃油的爆炸温度极限的变化
图 5-14 图
飞机飞行期间燃油可燃性区域示意
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22
《燃烧学》--第五章
3．水分或其他物质含量
在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。 如果在闪点高的可燃液体中加入闪点低的可燃液体，则混合液体 的爆炸温度极限比前者低，即使低闪点液体的加入量很少，也会 使混合液体的闪点比高闪点液体的闪点低得多
35866 t上 311.7K＝38.6℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg6839 2.303 R C lg Pf Lv 35866 t下 278.1K＝5.0℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg1287 2.303 R C lg Pf
或者利用安顿（Anloine）方程
b lg p a tc
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11
《燃烧学》--第五章
例5—1 已知癸烷的爆炸下限为0.75％，环境压力为 1.01325×105Pa，试求其闪点。 解 闪点对应的蒸气压为 Pf＝0.75%×1.01325 ×l05＝760（Pa） 查表5—5，癸烷的Lv＝45612 J/mol，C′=10.3730。 将已知值代入式（5-17b），得闪点为
液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限，混合气体遇火源 就会发生爆炸。 蒸气浓度与温度成一一对应关系。 蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆 炸温度上、下限，分别用t上、t下表示 液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空 气的混合气体遇火源会发生爆炸。
C%
U L t下 T t上
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5
《燃烧学》--第五章
图 5-12 的闪点
甲醇与乙醇戊酯混合液
图 5-13 点
甲醇与丁醇混合液的闪
6
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《燃烧学》--第五章
5.3.3.2可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点
在可燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含 量增加而升高，当不燃组分含量达一定值时，混合液体不再 发生闪燃
t下（-38℃）
T上（-8℃）
t℃
0
28
汽油在室温范围内，其饱和蒸气浓度已经超过爆炸上限，它 与空气的混和气体遇火源不会发生爆炸
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18
《燃烧学》--第五章
通过以上分析可以得出以下结论：
（1）凡爆炸温度下限（t下）小于最高室温的可燃液体，其蒸 气与空气混合物遇火源均能发生爆炸； （2）凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液体，其蒸 气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸； （3）凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其咆 和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与 空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。
Lv
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5.3.5.3爆炸温度极限的影响因素
1．可燃液体的性质 2．压力
表5—13 压力对甲苯闪点的影响
总压力 甲苯饱和蒸气压（Pa） 甲苯闭杯闪点（℃）
74078
889
0.1
100000
1200
4.9
197368
2368
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5.3.5.2爆炸温度极限的计算
爆炸温度下限为液体的闪点，其计算与闪点计算相同 爆炸温度上限的计算，可根据已知的爆炸浓度上限值计算相 应的饱和蒸气压，然后用克劳修斯一克拉佩龙方程等方法计 算出饱和蒸气压所对应的温度，即为爆炸温度上限。 例5—2 已知甲苯的爆炸浓度极限范围为1.27%～6.75% ，求 其在1.01325×lO5Pa大气压下的爆炸温度极限。
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5.3.4闪点计算
闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限 液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为
L
Pf
P LP Pf 100
LV lgP C' 2.303RT
0
100%
若已知L，即可求出Pf，根据克劳修斯一克拉佩龙方程，求出该液体பைடு நூலகம்的闪点
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表5—11
溶液中的醇的含量 （％）
醇水溶液的闪点
闪点（℃）
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甲 醇
7 18
乙 醇
11 22
100 75
55
40 10
22
30 60
23
25 50
5
3
无
无
60
无
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补充
同类液体自燃点变化规律
同系物的自燃点 有以下规律：
在稳态条件下： 其边界条件是
r＝∞，ρ＝ρ∞ r＝r0，ρ ＝ρ s
r0—液滴半径
积分后，可得液滴表面处单位面积的蒸发率
ww D( s ) / r0
若用分压代替（5-28）式中的密度，就得到了兰穆尔公式
w
4r0 DM ( p s p ) RT
(5 20)
（1）同系物自燃点随分子量增加而减少。 （2）同系物中正构体比异构体自燃点低。 （3）饱和烃比相应的不饱和烃的自燃点高。
与空气混合时的 爆炸 极限含量%（v） 下限 汽油 1.0 上限 8.0 一般沸程 50-205 温度℃ 闪点 -50-28
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油品 名称
自燃点 415-530
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5.4.1液滴的低温蒸发
液滴的低温蒸发实质上是扩散过程 设液滴为球形，悬浮在稳定不变的介质环境中液滴表面蒸气 为饱和状态且为理想气体。可以用球坐标表示出蒸气扩散方 程 2
r D t r 2
2 r 0 2 r
煤油
轻柴油 重柴油 润滑油
0.8
0.6 -
6.5
6.5 -
200-300
180-360 300-370 350-530
40-55
55-90 65-120 120-250
380-425
300-380 300-330 300-350
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工厂提高汽油辛烷值的途径有三个：一是选择良好的 原料和改进加工工艺，例如采用催化裂化、重整等二 次加工工艺。二是向产品中调入抗爆性优良的高辛烷 值成分，例如异辛烷、异丙苯、烷基苯等。三是加入 抗爆剂。
45612 Tf 318 ' 2.303 8.314 10.3730 lg760 2.303 R C lg Pf
Lv
（K） 则tf＝318—273＝45（℃）
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闪点在消防安全管理中的重要意义 可燃液体火灾危险等级分类：
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（3）煤油： t下＝＋40℃， t上＝＋86℃，与室温关系为：
t下（+40℃） t上（+86℃）
t ℃
0
28
煤油在室温范围内，其蒸气浓度没有达到爆炸下限，煤油蒸 气是不会爆炸的 （4）汽油： t下＝－38℃， t上＝－8℃，与室温关系为：
4．火源强度与点火时间
一般来说，在其他条件相同时，液面上的火源强度越高，或者点 火时间越长，液体的爆炸温度下限（或闪点）越低。
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5.4 液滴的蒸发和燃烧
T1 热流 TS r1 火焰前锋
rS
蒸气流
蒸气流
热流
图5-15 液滴高温蒸发简图
甲苯
松节油 车用汽油 灯用煤油 乙醚 苯
+5.5
+33.5 -38 +40 -45 -14
+31
+53 -8 +86 +13 +19
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举例分析（设室温为0～28℃）：
（1）苯：爆炸温度下限t下＝－14℃，爆炸温度上限t上＝＋ 19℃，与室温关系为：
t下（－14℃） T上（+19℃） t ℃
0
28
显然苯蒸气在0～19℃范围内是能爆炸的
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（2）酒精： t下＝＋11℃， t上＝＋40℃，与室温关系为：
t下（+11℃）
T上（+40℃）
t
℃
0
28
在室温11～28℃之间的温度范围内，酒精蒸气正好处于爆炸 浓度极限范围之内，是能爆炸的。
氯代正 丁烷
79
－11.5
氯代异 丁烷
70
－24
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表5-10
物 质 分子式
部分醇和芳烃的物理性能
分子 量 比重 20℃/4 ℃ 沸点 （温度 ）
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20℃时 的蒸气 压力 （kPa）
闪点 （℃）
甲醇