1燃烧学课件
燃烧学点火可燃性和熄火PPT课件
exp
Etotal RTB
]
hS V
TB
Etotal 2R
Etotal 2R
1 4R T0II Etotal
可以看出TB有两个解。取等号右边两项相加所对应的 TB 值很高，它位于 曲线上的拐点以上，实际上 TB不可能如此高。所以我们可以不予考虑，只取TB较低
的值。
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即 ：TB
Etotal 2R
总之，混气的初温，浓度，流速和混气性质对着火 和熄火都有影响。初温较高，浓度接近于化学恰当比， 混气流速低或活化能小均会使着火过程容易实现，亦即 有利于稳定燃烧；而熄火则发生在初温较低（比着火温 度低），浓度偏离化学恰当比，流速较高的情况下。
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第三节 可燃极限
1.可燃性 燃料与氧化剂的混合物在点火的情况下，如果会产生
从图中可以看出，当温度或压力降低时，着火温 度缩小，当压力或温度下降到某一数值时，着火界限缩 成一点，如果压力或温度继续降低，任何混合气成分都 不能着火。
燃料/氧化剂混合物中温度和压力可燃极限随当量比变化的典型 曲线
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可燃边界 取决于反应容器的尺寸， 点火源的能量，火焰传播的方向（向 上，向下，水平），压力，温度和混 合物中稀释气体的量和性质。
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则系统的能量方程为：
的热
表示单位气体混合气在单位时间内反应放出
量，称为生热速率。
外界散
表示单位气体混合气在单位时间内平均向
发的热量，称为散热速率。
取决于阿累尼乌斯因子
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取决于阿累尼乌斯因子 为T的线性函数，斜率
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初始值：
着火速率取决于生热速率与散热速率的相互关系 及其随温度而增长的性质。分析 和 随温度的变化， 就可以得出系统的着火特点，并导出着火的临界条件。
《燃烧学讲义》课件
未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
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THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。
燃烧学基础知识培训PPT课件
1.爆炸浓度极限：可燃的气体、蒸气或粉尘与空气 混合后，遇火会产生爆炸的最高或最低的浓度。
遇火会产生爆炸 的最低浓度，称为爆炸下限；遇 火会产生爆炸 的最高浓度，称为爆炸上限。
爆炸极限是评定可燃气体、蒸气或粉尘爆炸危险 性大小的主要依据。爆炸上、下限值之间的范围越大， 爆炸下限越低、爆炸上限越高，爆炸危险性就越大。
二、 不同物质的燃烧产物
1.单质的燃烧产物 一般单质在空气中的燃烧产物为该单质元素的氧 化物。
2.化合物的燃烧产物 一些化合物在空气中燃烧除生成完全燃烧产物外， 还会生成不完全燃烧产物。最典型的不完全燃烧产物 是一氧化碳（CO2），它能进一步燃烧生成二氧化碳。
3.合成高分子材料的燃烧产物 合成高分子材料在燃烧过程中伴有热裂解，会分 解产生许多有毒或有刺激性的气体，如氯化氢、光气、 氰化氢等。
第二节 燃烧类型
燃烧按其发生的瞬间的特点不同，分为闪燃、着 火、自燃、爆炸。
一、 闪燃
（一）闪燃的含义
定义:液体表面上能产生足够的可燃整齐，遇明火 产生一闪即灭的燃烧现象。
可燃液体之所以会发生一闪即灭的闪燃现象，是 因为液体在闪燃温度下蒸发速度较慢，蒸发出来的蒸 气仅能维持短时间的燃烧，而来不及提供足够的蒸气 补充维持稳定燃烧，故闪燃一下就熄灭。
4.木材的燃烧产物 木材是一种化合物，主要由碳、氢、氧元素组成， 主要以纤维素分子形式存在。木材燃烧主要生成二氧 化碳、水蒸气、甲酸、乙酸、一氧化碳等产物，也会 申城可燃蒸气及颗粒。
三、 燃烧产物的毒性
燃烧产物有不少是毒害气体，往往会通过呼吸道 侵入或刺激眼结膜、皮肤黏膜使人中毒甚至死亡。
据统计，在火灾中死亡的人约80%是由于吸入毒 性气体中毒而致死的。一氧化碳是火灾中最危险的气 体。
《燃烧学》课件
焰 折火焰表面理论 ”。
传 播
容积燃烧理论：萨默菲尔德和谢京科夫建立。将
理 湍流火焰的前沿看成燃烧反应区。又称为“微扩
பைடு நூலகம்
论 散理论”。
湍流火焰现象分类
湍流火焰
小尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度弱湍流火焰 （ u Sl ）
大尺度强湍流火焰 （ u Sl ）
小尺度湍流火焰
即:
St
Sl
Ft Fl
只要求出
Ft Fl
即可求出
St
谢尔金 : 假设湍流火焰表面是由无 数锥形组成。
St Sl
4d Ft 2
Fl
h2d2 2
l2
1 h 2 d/2
d l
hutul/Sl
h /r 2 u l/S l/l2 u /S l2
故： St Sl 1ku/Sl2
火焰前沿面积的计算：用锥体面积表示有一定的误差，最近开始应用分 形几何学的方法 。
示，也称为层流燃烧速度 ( laminar burning
velocity) ，用Sl表示。
——大小取决于反应速度、热量和活性中心的传
递速度。
数学表达式
Bussen 燃烧 嘴火焰
Un Ucos Sl Ucos
U—未燃混合气局部流速
静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析
us——混合气流速 up——火焰面的移动速度 u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度
基本方程：
连续方程 ： 能量方程： 组分扩散方程： 状态方程：
u u S l c o n st （4-11）
uCpddT xddxddT xWQ （4-12）
uddC xi ddxDddC xi W
《燃烧学讲义》课件
能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。
《燃烧基础知识》ppt课件101页PPT
引火源
16
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/10/13
凡使物质开始燃烧的外部热源，统称为引火源 （也称着火源）。
引火源温度越高，越容易点燃可燃物质。
根据引起物质着火的能量来源不同，在生产生活 实践中点火源通常有明火、高温物体、化学热能、 机械热能、生物能、光能和核能等。
燃烧的充分条件
核爆炸是指由于原 子核裂变或聚变反 应，释放出核能所 形成的爆炸。如原 子弹、氢弹。 实际上，核爆炸也 属于化学爆炸的范 畴。
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/10/13
31
三种爆炸的区别：
（1）物理爆炸本身没有进行燃烧反应， 但它产生的冲击力可直接或间接的造成 火灾。 （2）化学爆炸能够直接造成火灾，具有 很大的破坏性，是消防工作中预防的重 点。 （3）核爆炸也属化学爆炸的范畴。
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/10/13
四、爆炸与爆炸极限
27
爆炸的狭义涵义：是指由于 物质急剧氧化或分解反应产 生温度、压力增加或者两者 同时增加的现象称为爆炸。
爆炸广义涵义是指物质从一 种状态迅速转变为另一种状 态，并在瞬间放出大量能量， 同时产生声响的现象。
爆炸的分类：
物理爆炸
4、相互作用
21
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/10/13
燃烧不仅必须具备必要条件和充分条件，而且还必须是燃烧条件互相 结合、互相作用，燃烧才会发生或持续。否则，燃烧也不会发生
第二节 燃烧类型
22
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/10/13
燃烧按其发生瞬间的特点不同，分为闪燃、 着火、自燃、爆炸四种类型。
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教学课件 《燃烧学(第2版)》徐通模
六、基元反应的化学反应速率
在基-基之间的基元反应中，两个分子消失而形成组分C，需要“第三者”参与才 能完成该反应过程。在碰撞期间，新生成的分子的内能 传递给分子M，并表现为M 的动能，以带走形成稳定组分的能量，如果没有这一能量传递过程，新形成的分子会 分解回到 它的组成原子。
实际上，在三分子反应中三个分子相互碰撞的概率很小，因此，化学反应速率极 低。在气相反应中，三分子反应很少见，属于这类反应的只有NO参加的某些反应。 目前还没有发现三分子以上的碰撞反应。
• 在比较理想化的实验条件下测定的基元反应速率可直接应用到压力 较高且存在其他成分的场合
基元反应的化学计量系数代表参与反应的组分的摩尔数，基元反应 分为以下形式，相应的化学反应速率为：
1、双分子反应：
dcA dt
kbicAcB
2、单分子反应：
dcA dt
kunicA
3、三分子反应
：dcA dt
ktercAcBcM
• 在分析实际燃烧系统时，为了简化起见，基于总包反应的
概念，写出总反应方程式，并借用质量作用定律的形式写
出其反应速率表达式
根据质量作用定律，燃料的消耗速率表示为：
dcF dt
k
cFa
cb O2
• 对总包化学反应，指数a、b与反应级数有关，由试验曲线
3、反应物和反应产物的浓度随时间的变化曲线
c A :反应物初始浓度
cx :反应产物在任一时刻的浓度
4、异相反应（固态与气态同时存在）
反应速率是指在单位时间内、单位表面积上参加反应的物质的量
三、基元反应与总包反应
绝大多数化学反应为复杂化学反应：并非一步完成，经若干相继的中间反 应，涉及若干中间产物生成最终产物 基元反应是组成复杂反应的各个反应 表示反应物分子、原子或原子团直接碰撞而发生的化学反应各个过程
燃烧学ppt课件
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）
.
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
.
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
.
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
.
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
.
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
混合物绝对焓（了解其前提）
.
层流预混燃烧
• 火焰、预混火焰概念 • 层流火焰传播速度、影响层流预混火焰传播速度
与火焰厚度的因素（温度、压力、当量比、燃料 类型） • 点火、可燃性与熄火
燃烧三阶段 热自燃理论及应用（着火熄火过程） 可燃极限（P、T、浓度范围） 最小点火能量 火焰稳定（两个必要条件）
燃烧学复习
.
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力பைடு நூலகம் • 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
燃烧学基本理论_PPT课件
➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1
Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2
1 2
I2
HI
√ h f 298,CO
110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO
1 2
O2
CO2
× h f 298,CO2
283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数
《燃烧学》第一讲PPT课件
• 恩格斯：“火”使人类脱离野蛮进入文明 • “庄子”：木与木相摩则燃。 • 战国齐国田单：火牛阵 • 晋代张华“博物志”：四川用天然气煮盐 • 火药和火箭：我国首先发明（至少在宋代）
• 燃烧技术的三次大发展：蒸汽机和内燃机（产 业革命）；航空航天技术（二次世界大战）； 能源危机（70年代末）
• 混合气中各组分的物质流不等于该组分 的扩散流
• 各组分扩散流的总和为零 • 扩散流的总和对混合气整体运动没有影
响 • 各组分扩散线速度的总和不为零
（3）多组分有反应流动分子输运定律
Jsj
D12
Ys x j
Jsj
Ds
Ys x j
q
j
T x j
sVsjhs
h Yshs Ysh0s TT0 YscpsdT h0 TT0 cpdT
即由于分子不规则运动引起的扩散漂移 速度 • VS = vS – v
三种速度和三种物质流（续）
v g svs gs SVs Js
gsj svsj Jsj Ysv j sVsj sv j g j v j gsj svsj sVsj v j
sVsj Jsj 0
三种速度和三种物质流（续）
2-1 多组分有反应流体基本性质和关系式 （1）多组分完全气体混合物
s
s
Ys s /
p ps
s
Xs ps / p
nM
s nsMs
ps sRT / Ms nsRT
p RT / M nRT
Xs ps / p ns / n
n ns
s nsMs nM
多组分完全气体混合物（续）
（3）燃烧科学的发展
• 燃素论—18世纪中叶前 • 燃烧的氧化论—Lavosier，Lomonosov （1756-1771） • 燃烧热力学—Kirshoff，Hess （19世纪） • 燃烧反应动力学—Simonov，Lewis （20世纪初） • 燃烧学—Zeldovich，Frank-Kamenetsky，Spalding，
燃烧学课件
v j p 膨胀 / 压缩功 x j
v i 耗散能 ij x j
v j v i 2 [2Sij ( )ij] 3 x j x j
能量守恒方程(续3)--内能形式
v i v i v j v i v j 1 张量运算 [( )( )] S ij ij x j 2 x j x i x j x i
q rj T ( ) x j x j
能量方程的完整形式
2 d v (e ) dt 2 x j
x j
(
s
Ys D x j
hs )
vi s Fsi s FsiVsi (pijvi ) x j
能量守恒方程(续2)-膨胀功和耗散能
v j v i v j 2 pij pij ( ) ( )ij x j x i 3 x j
多组分有反应流动分子输运定律（续）
• 组分焓和混合物焓都包括物理焓 ( 热焓）和化 学焓。 • 组分生成焓是常数，混合物生成焓是组分浓度 的函数。 • 组分的比热与组分浓度无关，混合物的比热取 决于组分浓度。 • 三种混合物的焓：热焓、热焓十化学焓、滞止 焓 = 热焓十化学焓十动能。
(v j ) S 0 t x j
[ V t x j
d SV 0 dt V
2.2 连续方程
t x j x j
S 0
(v j ) 0
vj x j
d 0 dt
v j (v j ) x j
0, S ij ij
ij ij 0,
ij ij 0,
v j v i ij x j x j
燃烧理论及应用PPT课件
一、闪燃与闪点
闪燃意义 ➢ 闪燃是可燃液体发生着火的前奏，从防火的观点来说，
闪燃就是危险的警告，闪点是衡量可燃液体火灾危险性的 重要依据。因此，研究可燃液体火灾危险性时，闪燃现象 是必须掌握的一种燃烧类型。
2024/7/29
一、闪燃与闪点
闪点分级 ➢ 甲类液体：闪点小于28℃的液体。（如原油、汽油等） ➢ 乙类液体：闪点大于或等于28℃但小于60℃的液体。（
➢ 燃烧素学说认为，某种物体之所以能燃烧是因为其 中含有一种燃烧素，燃烧时，燃烧素就从物体内逸出。
➢ 例如，蜡烛的燃烧。 ➢ 燃烧素学说在解释什么是燃烧素时，认为火是由无
数细小活跃的微粒构成的物质实体，由这种火微粒构成 的火的元素就是燃烧素，物质如果不含有燃烧素则不能 燃烧。
2024/7/29
二、燃烧的氧学说
【学习目标】
1、了解着火理论 2、掌握闪燃与闪点、自燃与自燃点、着火与着火点 3、熟悉最小点火能量和消焰距离、物质的燃烧历程、燃烧
产物
2024/7/29
目录
一 着火理论 二 燃烧的类型
2024/7/29
第一节 着火理论
2024/7/29
一、燃烧素学说
基本内容
➢ 18世纪以前，欧洲盛行燃烧素学说(亦称燃素学说)， 对当时化学界的影响很大。
基本内容
➢ 有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃 气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，
容器内的可燃气体混合物正以速度u(kg/m3﹒s)在进行反
应，
➢ 化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物 ，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给 周围环境
可燃物质或助燃物质先吸收能量而离解为游 离基，与其他分子相互作用发生一系列连锁反应， 将燃烧热释放出来，直至全部物质燃烧完或由于 中途受到抑制而停止燃烧。
燃烧学教学课件CKLaw
均相燃烧与非均相燃烧
均相燃烧
燃料与氧化剂在燃烧过程中始终保持 均相状态，即气体或液体燃料在气体 氧化剂中的燃烧。均相燃烧具有较高 的燃烧速度和火焰传播速度。
非均相燃烧
燃料与氧化剂在燃烧过程中存在明显 的相界面，即固体燃料在气体或液体 氧化剂中的燃烧。非均相燃烧的燃烧 速度和火焰传播速度较低。
预混燃烧与扩散燃烧
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燃烧学教学课件
contents
目录
• 燃烧学简介 • 燃烧的基本原理 • 燃烧的种类与方式 • 燃烧的污染物与控制 • 燃烧学实验与实践 • 未来燃烧学的研究方向与发展趋势
01 燃烧学简介
燃烧的定义与特性
总结词
燃烧的定义与特性是燃烧学的重要基础，包括燃烧的概念、燃烧反应的化学本质、燃烧的条件和过程 等。
详细描述
该方向主要研究如何通过改进燃烧技术，降 低燃烧过程中产生的污染物排放，提高能源 利用效率。具体研究内容包括新型燃烧反应 机理、低NOx燃烧技术、碳捕获与储存技术
等。
新型燃烧反应器的开发与应用
总结词
新型燃烧反应器的开发与应用对于提高燃烧效率、降低 污染具有重要意义。
详细描述
该方向主要研究新型燃烧反应器的设计、制造和优化， 以实现更高效、更环保的燃烧过程。研究内容包括反应 器结构设计、热工况控制、燃料适应性等方面的改进与 创新。
燃烧过程中的物质传递和热力学
燃烧过程中的物质传递
物质传递是燃烧过程中重要的一环，包括质量传递、动量传递和能量传递等，这些传递过程对燃烧效率和污染物排放 有重要影响。
燃烧过程中的热力学平衡
在燃烧过程中，物质和能量的平衡是实现高效、低污染燃烧的关键，通过控制燃料与氧气的比例、温度等参数，可以 调节燃烧过程中的热力学平衡。
自燃理论燃烧学基础PPT课件
34
四、热自燃理论中的着火感应期
（一）T-t曲线图
q
ql T
b
Tc
c a
T0 Tc
T
t
35
第二节 弗兰克-卡门涅茨基自燃理论 Frank-Kamenetski
第一节 谢苗诺夫自燃理论
一、热自燃理论的基本出发点
体系能否着火取决于化学反应放热因素与体系向 环境散热因素的相对大小。如果反应放热占优势， 体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，出 现自燃。反之，不能自燃。 二、谢苗诺夫自燃理论
谢苗诺夫自燃理论的基本出发点：自然体系的着 火成功与否取决于放热因素和散热因素的相互关系。
31
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
1、发热量 2、温度 3、催化物质 4、比表面积 5、新旧程度 6、压力
压力越大，反应物密度越大，单位体积产 生的热量越多，易发生自燃。
32
三、热自燃理论的着火条件 （三）散热速率的影响因素
1、导热作用 导热系数越小，越易蓄热，易自燃；
2、对流换热作用 对流换热作用差的，容易自燃。如：通风
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q2
a点：
b
b点：
c点：
a
c
T0
T
相交： 相切： 相离：
21
放热速率：
散热速率：
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
b
Q2 自燃重要的准则：
燃烧学完整版.ppt
液体燃料蒸发与燃烧
• D2定律
12
9
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
10
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
燃烧学复习
1
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
2
绪论
• 燃烧概念 • 燃烧分类（按照流态、相态、传播方式等）
3
燃烧热力学
• 概念：当量比、绝对焓、生成焓、热值 • 绝热火焰温度概念与计算（定压、定容） • 化学平衡判定，Kp的计算 • 能够利用压力平衡常数计算平衡产物成分
6
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
7
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
4
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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燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
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1燃烧化学基础1.1燃烧本质和条件1.1.1燃烧本质所谓燃烧，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燃烧条件及其在消防中的应用1.121燃烧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。
要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数 量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。
燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的 三角形，通常称为着火三角形，如图1-1( a )所示。
经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。
但是，根据燃烧的 链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基(自由基)作“中间体”，因此，着火三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个着火四面体,图1-1着火三角形和着火四面体1.1.2.2燃烧条件在消防中的应用掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。
所谓火灾，是指在时 间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
根据着火三角形，可以提出以下防火方法: 1控制可燃物在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气体的地方, 可米取通风；在森林中米用防火隔离林等。
2、隔绝空气涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，要充入惰性 介质保护；隔绝空气储存某些物质等。
(a )着火三角形如图1-1(b )着火四面体3、消除点火源在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。
根据着火三角形，可以提出以下灭火方法: 1隔离法将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝可燃物来源等，燃烧 区得不到足够的可燃物就会熄灭。
2、窒息法用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；密闭起火 的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。
3、冷却法用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。
火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性 游离基，从而使燃烧反应终止。
根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃 烧条件。
1.2燃烧空气量的计算我们知道，空气中含有近 21%（23.2%重量）的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能燃烧。
空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正在进行的燃烧将会逐渐熄灭。
空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。
其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。
1.2.1理论空气量理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气 需要量。
此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完全氧化的产物。
1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量•般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为:C% + H % +0% + N% + S% + A%+W% =100%式中，C 、H 、0、N 、S 、A 和W 分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分着火四面体为另一种灭火方法抑制法提供了理论依据，这种方法的原理是：使灭(1-1)S +O 2 = SO 2假定计算中涉及的气体是理想气体，即 1000 mol 气体在标准状态下的体积为22.4 m 3,则所需氧气的体积为V 0O2临+节+舟 因此，每1kg 可燃物完全燃烧时所需空气量的体积为O_2 3yo(m )(1-3)(1-4)例1-1：求5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。
已知木材的质量百分数组分为: —43% , H — 7%, O — 41% , N — 2%, W — 6%, A — 1%。
解：依据上述有关公式，燃烧1kg 此木材所需理论氧气体积为C H S O2X 22.4x1012 4 32 32 V0,O 2^(兰 + 7 -纠 X 22. 4 X 10° = 0. 91 (m 3)12432'因此，燃烧V o,air5kg 此木材所需理论空气体积为=V0^X 5 = 0^9^X 5 = 21.67 ( m 3)0.21 0.211.2.1.2气体可燃物的理论空气量对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为CO% +H 2%+2： C n H m % +H 2S% + CO 2% + O 2% + N 2% + 出0% =100%(1-5)式中co 、H 2、C n H m 、H 2S 、CO 2、02、N 2' H 2O 分别表示气态可燃物中各相应成分的 体积百分数。
C n H m 表示碳氢化合物的通式，它可能是CH 4、C 2H 2等可燃气体。
的质量百分数，其中， C 、H 和S 是可燃成分；N 、A 和W 是不可燃成分；O 是助燃成分。
计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的 氧气量。
因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下:C + O 2 = CO 2H + -O^-H 2O4(1-2)空气系数，通常用 a 表示:a 丄L o因此，实际空气需要量与理论空气需要量的关系为:根据可燃物完全燃烧的反应方程式，如下1CO + — O 2 =CO 223 H 2S + — O 2 "2O +SO 2 2从以上反应方程式可以得出：完全燃烧H 2 + — O 2 = H 2。
2C n H m + (n + —)O^ = nCO 2 + 巴 H 2O4 21mol 的CO 需要1/2mol 的O 2，根据理想气体状态方程，贝y 燃烧1m 3CO 需要1/2m 3O 2。
同理，完全燃烧1m 3H 2、tS 、C n H m 分别需要1/2m 3、 3/2m 3、(n+m/4) m 3的O 2,因此，每1m 3可燃物完全燃烧时需要的氧气体积为V o,O 2=¥cO +尹2 +2H 2S +2： (n +—m -)C n H ^O ^10^(代每1m 3可燃物完全燃烧的理论空气体积需要量为 V o air =Vo0^ =4.76 X (j icO +1H 2+2 (n 十巴)C n H m —O2IX 10/ (m 3)0.21 [2224 」例1-2 :求1m 3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。
已知焦炉煤气的体积百分数组成为：(1-6)CO — 6.8%, H 2— 57% , CH 4— 22.5%, C 2H 4— 3.7%, CO ?— 2.3%, N ?— 4.7%,出0 — 3%。
解：由碳氢化合物通式得f n 十田 k n H m =〔1 +- I 22.5 +G + 4〕X 3.7 =56.1I 4丿I 4丿I 4丿1m 3这种煤气所需理论空气体积为因此，完全燃烧V o,air 亠0.21=4.76*CO +2H 2+|H 2g (n +m )C n H m -O 2r 10，11 、 _23=4.76天一咒6.8+一咒57 +56.1 产 10-4.188mI 2 2 丿1.2.2实际空气量和过量空气系数在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。
实际供给的 空气量称为实际空气需要量或者实际空气量。
实际空气量L 与理论空气量L o 之比称为过量(1-7)V 口air V0,air (1-8) a值一般在1~2之间，各态物质完全燃烧时的a经验值为：气态可燃物沪1.02~1.2 ;液态可燃物a=1.1~1.3 ；固态可燃物a=1.3~1.7。
常见可燃物燃烧所需空气量见下表1-1。
物质名称空气需要量物质名称空气需要量3. 3 m /m kg/m3m3/kg kg/kg乙炔11.915.4丙酮7.359.45氢 2.38 3.00苯10.2513.20一氧化碳 2.38 3.00甲苯10.3013.30甲烷9.5221.30石油10.8014.00丙烷23.830.60汽油11.1014.35丁烷30.9440.00煤油11.5014.87水煤气 2.20 2.84木材 4.60 5.84焦炉气 3.68 4.76干泥煤 5.807.50乙烯14.2818.46硫 3.33 4.30丙稀21.4227.70磷 4.30 5.56丁烯28.5636.93钾0.700.90硫化氢7.149.23萘10.0012.93表1-1常见可燃物燃烧所需空气量a =1时，表示实际供给的空气量等于理论空气量。
从理论上讲，此时燃料中的可燃物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应方程式的当量关系。
此时的燃料与空气量之比称为化学当量比。
当a<时，表示实际供给的空气量少于理论空气量。
这种燃烧过程不可能是完全的,燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完毕，这样势必造成燃料浪费。
但是, 在某些情况下，如点火时，为使点燃成功，往往多供应燃料，一般情况下应当避免 a <1的情况。
当a >1时，表示实际供应的空气量多于理论空气量。