第七章 可燃液体燃烧

图7 - 6 油池火灾热量传播示意图
2.油池燃烧的发生及发展过程
图7 - 7 油池火灾三个阶段
(1)油池燃烧的初期。
在这个阶段，油表面被加热层厚度h2很薄，油 的蒸发速度增加，燃烧速度随之增加，油的被 加热层也逐步向深部扩展。
(2)油池燃烧的中期。
燃烧经过一段时间后即过渡到油池火灾中期， 此时燃烧速率要比初期大，但已逐渐趋于稳定； 油面蒸发速度较大，蒸气流速也较大，中间层 内负压也很大，大量空气被吸入油罐中而形成 激烈的犬牙交错的上下气流团，并且常会产生 火焰脉动及蘑菇状烟柱；被加热层也以接近恒 定速度向深部缓慢扩展；另外，随着燃烧中间 层厚度增加，烟和其他燃烧产物进入中间层越 来越多，使得中间层变为灰色气体层，并对油 面有明显的热屏蔽作用。
灭火剂的供给强度，是指单位面积上、单位时 间内，供给灭火剂的数量。闪点越低的液体， 其灭火剂供给强度就越大。
4.闪点的主要影响因素
(1)可燃液体的性质。 (2)混合情况。 (3)压力。 (4)点火时间和火源强度。
(1)可燃液体的性质。
可燃液体的种类与性质对液体的闪点有较大的 影响，这种影响主要来自可燃液体的分子间力 和化学键力。可燃液体分子间力越大，蒸发就 越困难，那么液体上方蒸气浓度就越低，就越 不容易发生闪燃，即闪点越高。
2.蒸发过程的主要参数
(1)蒸发热。 (2)沸点。 (3)蒸气压。
2.蒸发过程的主要参数
表7 - 1 常见液体的沸点
7.2.2 克劳修斯-克拉佩龙方程式
吉布斯相律为： (7-1) 克劳修斯-克拉佩龙方程就是按照平衡条件导出的饱和 压力和饱和温度之间的一般关系式，其可以表示为： (7-2)
(7-3)
(2)混合情况。
1)完全互溶的可燃混合液体的闪点。
2)可燃液体与不可燃液体混合时的闪点。
1)完全互溶的可燃混合液体的闪点。
图7 - 3 乙酸戊酯与甲醇 混合液的闪点
2)可燃液体与不可燃液体混合时的闪点。
表7 - 4 醇水溶液的闪点
(3)压力。
表7 - 5 压力对甲苯闪点的影响
(4)点火时间和火源强度。
Hale Waihona Puke 7.3.1 液体的闪燃与闪点
1.可燃液体的闪燃 2.可燃液体的闪点 3.闪点的实用意义 4.闪点的主要影响因素
1.可燃液体的闪燃
可燃液体挥发的蒸气与空气混合，可燃蒸气达 到一定浓度遇明火发生一闪即逝的燃烧，或者 将可燃固体加热到一定温度后，遇明火会发生 一闪即灭的燃烧现象，叫闪燃。
2.可燃液体的闪点
1.含油固面火实验装置
图7 - 13 研究含油固面火用的实验装置
1.含油固面火实验装置
图7 - 14 冷态时燃料容器上方的流场状态
1.含油固面火实验装置
2.含油固面火蔓延速度影响因素
(1)固面倾斜角。 (2)相对风速。 (3)粒径。 (4)初温。 (5)砂层导热系数。
(1)固面倾斜角。
图7 - 16 固面倾斜角对含油 固面火蔓延速度的影响
7.2 可燃液体的蒸发及蒸气浓度计算
7.2.1 蒸发过程的影响因素及主要参数 7.2.2 克劳修斯-克拉佩龙方程式 7.2.3 拉乌尔定律
7.2.1 蒸发过程的影响因素及主要参数
1.蒸发过程的影响因素 2.蒸发过程的主要参数
1.蒸发过程的影响因素
(1)空气流动。 (2)液体温度。 (3)液面面积。 (4)液体种类。
1.油池燃烧时液层温度分布特点
根据热扩散方程： (7-24) 图7-5液面温度传导的边界条件为:
(7-25) (7-26)
联立式(7-24)、式(7-25)和式(7-26)求解，可得：
(7-27)
2.油池燃烧的发生及发展过程
(1)油池燃烧的初期。 (2)油池燃烧的中期。 (3)油池燃烧的晚期。
2.油池燃烧的发生及发展过程
(1)固面倾斜角。
(1)固面倾斜角。
图7 - 18 倾斜砂层表面毛细管作用图 a)倾斜砂层上端着火 b)倾斜砂层下端着火
(2)相对风速。
图7 - 19 相对风速对含油固面 火蔓延速度的影响
(2)相对风速。
图7 - 20 砂层表面附近流场与火焰的关系
(3)粒径。
图7 - 21 粒径对含油固面火蔓延 速度的影响
7.5 可燃液体的液面或固面燃烧
7.5.1 油池燃烧 7.5.2 油面燃烧 7.5.3 含油固面火
7.5.1 油池燃烧
1.油池燃烧时液层温度分布特点 2.油池燃烧的发生及发展过程 3.油池燃烧速度分析
1.油池燃烧时液层温度分布特点
图7 - 4 丁醇燃烧时液面下温度分布
1.油池燃烧时液层温度分布特点
1.直接计算液体闪点
(1)利用液体分子中的碳原子数。 （7-10） (2)利用波道查公式。 （7-11）
2.间接计算液体闪点
(1)利用道尔顿公式计算。
(2)利用布里诺夫公式计算。 (3)利用可燃液体爆炸下限计算。
(1)利用道尔顿公式计算。
(2)利用布里诺夫公式计算。
(2)利用布里诺夫公式计算。
(1)开口闪点。 (2)闭口闪点。
(1)开口闪点。
用规定的开口闪点测定仪(见图7-2a)所测得的结 果叫做开口闪点，以℃表示。
(2)闭口闪点。
图7 - 2 闪点测定仪 a)开口闪点测定仪 b)闭口闪点测定仪
(2)闭口闪点。
用规定的闭口闪点测定仪(见图7-2b)所测得的结 果叫做闭口闪点，以℃表示，常用于测定煤油、 柴油、变压器油等油品的闪点。
表7 - 9 常见液体蒸气在空气中的扩散系数
(3)利用可燃液体爆炸下限计算。
处于闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸 气的爆炸下限，因此可以利用可燃液体爆炸下 限来计算液体的闪点。液体的饱和蒸气浓度和 蒸气压的关系为： (7-14)
(3)利用可燃液体爆炸下限计算。
(3)利用可燃液体爆炸下限计算。
3.油池燃烧速度分析
图7 - 8 油池火灾中液面下降速度与 容器直径的关系
3.油池燃烧速度分析
从器壁向液体的传热量可以表示为: (7-29) 油池上方高温气体对油池中液体的对流传热量可以表示为：
(7-30)
油池上方火焰及高温气体向液体的辐射传热量表示为： (7-31)
传入到液体的热量除了使液体温度升高外，还会导致使液体蒸 发。其中，使液体温度升高的热量为Qc，表达式如下：
7.3.4 液体爆炸温度极限
1.液体爆炸温度极限 2.爆炸温度极限的计算
1.液体爆炸温度极限
表7 - 11 常见液体的爆炸温度上限和下限
2.爆炸温度极限的计算
爆炸温度极限包括爆炸温度下限和爆炸温度上 限，其中，爆炸温度下限为液体的闪点，其计 算与液体的闪点计算相同，具体方法参见上节 的闪点计算方法。计算爆炸温度上限时，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-克拉佩龙方程或插值法等 计算出饱和蒸气压所对应的温度。
2.爆炸温度极限的计算
7.4 可燃液体的稳定燃烧
7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 液体的引燃 液体的自燃 液体燃烧速度的表示方法 液体稳定燃烧的火焰特征
7.4.1 液体的引燃
可燃液体被引燃后，要形成稳定火焰，液体的蒸发速度必须足 够快才能够保证燃烧的持续，具体来说，液体的蒸发速度需满 足如下条件：
(1)同系物闪点随分子量的增加而升高。 (2)同系物闪点随蒸气压的降低而升高。 (3)同系物闪点随密度的增大而升高。 (4)同系物闪点随沸点的升高而升高。
(5)同系物中正构体比异构体闪点高。
7.3.2 同系物闪点变化规律
表7 - 8 正构体与异构体的闪点比较
7.3.3 液体闪点计算
1.直接计算液体闪点 2.间接计算液体闪点
(3)油池燃烧的晚期。
随着燃烧的进行，中间层的厚度及“灰度”逐 渐增大，对油面的热屏蔽作用也逐渐增强；当 热屏蔽作用强烈到一定程度上，油面所接受的 辐射热不仅不能使油面内被加热层厚度进一步 增大，反而不足以维持一定的油蒸发速率，燃 烧速度明显下降，进而导致火焰温度及火焰高 度下降，相应地，辐射热反馈也减小，这一阶 段被称作油罐火灾的衰落期。
(7-32)
7.5.2 油面燃烧
图7 - 9 油面火蔓延与初始温度的关系
7.5.2 油面燃烧
7.5.2 油面燃烧
图7 - 11 油面火中初温对传热过程的影响
7.5.2 油面燃烧
图7 - 12 有相对风速的环境中油面火的蔓延情况
7.5.3 含油固面火
1.含油固面火实验装置 2.含油固面火蔓延速度影响因素
燃烧学
主编
第七章
7.1 可燃液体燃烧的特点 7.2 可燃液体的蒸发及蒸气浓度计算 7.3 可燃液体的闪燃与爆炸温度极限 7.4 可燃液体的稳定燃烧 7.5 可燃液体的液面或固面燃烧
可燃液体燃烧
7.6 原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅
7.7 液滴的蒸发和燃烧
7.1 可燃液体燃烧的特点
图7 - 1 可燃液体燃烧的一般过程
2.火焰的高度
根据Heskestad的研究结果，火焰高度H满足如下 方程： (7-21)
3.火焰温度
McCaffrey应用数学模型理论对实验结果进行整 理，获得了如下的火焰温度计算公式: (7-22)
4.火焰的气流流速
McCaffrey总结了火焰中心线上的气流速度公式， 表示如下: (7-23)
(4)初温。
图7 - 22 初温对含油固面火蔓延 速度的影响
(5)砂层导热系数。
7.6 原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅
7.6.1 原油燃烧时热波传播速度 7.6.2 重质油品的沸溢和喷溅
7.6 原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅
图7 - 24 原油和重质石油产品油罐火灾
3.闪点的实用意义