燃烧学 复习重点

第三章 着火和灭火理论

一、谢苗诺夫自燃理论 1. 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，反应产生的热量，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。

2.着火的临界条件：放、散热曲线相切于C 点。

3.∆T=E

R 2

0B T T T ≈-

① 改变散热条件 ②增加放热

二、区别弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论与谢苗诺夫热自燃理论的异同点

1.谢苗诺夫热自燃理论适用范围：

适用于气体混合物，可以认为体系内部温度均一；

对于比渥数 Bi 较小的堆积固体物质，也可认为物体内部温度大致相等； 不适用于比渥数Bi 大的固体。

2.弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论：

适用于比渥数Bi 大的固体（物质内部温度分布的不均匀性 ）； 以体系最终是否能得到稳态温度分布作为自燃着火的判断准则 ；

T

q

降

T

自燃临界准则参数 δcr 取决于体系的几何形状。 三、链锁自然理论 1.

反应速率与时间的关系 2.运用链锁自燃理论解释着火半岛现象 在第一、二极限之间的爆炸区内有一点P

（1）保持系统温度不变而降低压力，P 点则向下垂直移动

自由基器壁消毁速度加快,当压力下降到某一数值后，f < g, φ < 0 ----------------------第一极限

（2）保持系统温度不变而升高压力，P 点则向上垂直移动

自由基气相消毁速度加快,当压力身高到某一数值后，f < g, φ < 0 ----------------------第二极限

（3）压力再增高，又会发生新的链锁反应

导致自由基增长速度增大，于是又能发生爆炸。

3.基于f （链传递过程中链分支引起的自由基增长速率）和g （链终止过程中自由基的消毁速率 ）分析链锁自燃着火条件

w

w 123

M HO M O H +→++⋅22⋅⋅+→+OH O H H HO 222

a.在低温时， f 较小（受温度影响较大），相比而言，g 显得较大，故：

这表明，在 的情况下，自由基数目不能积累，反应速率不会

自动加速，反应速率随着时间的增加只能趋势某一微小的定值，因此，f

b.随着系统温度升高，f 增大，g 不变，在 时 因此，随着时间的增加，反应速率呈指数级加速，系统会发生着火 C.在 时， 反应速率随时间增加呈线性加速，系统处于临界状态

四、强迫着火

1.最小点火能：能在给定的可燃混气中引起着火的最小火花能

2.电极熄火距离

定义：不能引燃混合气的电极间的最大距离成为电极熄火距离。 五．灭火措施（注意两者差别） 1.基于热理论的灭火措施

（1）降低系统氧或者可燃气浓度； （2）降低系统环境温度；

（3）改善系统的散热条件，使系统的热量更容易散发出去。 2.灭火措施总结

1. 降低系统着火温度。

2. 断绝可燃物。

3. 稀释空气中的氧浓度。

4. 抑制着火区内的链锁反应。

第四章 ：可燃气体的燃烧

1.解释缓燃与爆震（预混气两种火焰传播形式）火焰传播机理

缓燃（正常火焰传播）火焰传播机理：依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播

爆震（爆轰）火焰传播机理：传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应的，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。

2.缓燃与爆震的特点

在爆震区经过燃烧后气体压力增加、燃烧后气体密度增加、燃烧以超音速传播（M ∞>1）

在缓燃区经过燃烧后气体压力减小或接近不变、气体密度减小、燃烧以亚音速进行（M ∞<1）

3.火焰前沿的定义

火焰前沿（前锋、波前）：一层一层的混合气依次着火，薄薄的化学反应区开始由点燃的地方向未燃混合气传播，它使已燃区与未燃区之间形成了明显的分界线，称这层薄薄的化学反应发光区为火焰前沿（锋面）。

4.火焰位移速度及火焰法向传播速度

火焰位移速度是火焰前沿在未燃混合气中相对于静止坐标系的前进速度，其前沿的法向指向未燃气体。

火焰法向传播速度是指火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向上的速度。

f g ϕ=-<0f g ϕ=-0f g ϕ=->f g =0ϕ=

5.可燃混气爆炸压力的计算 爆炸前：n1、T1、P1、V1，

爆炸后：n2、T2、P2、V2（＝V1） 则有：P1V1＝n1RT1，P2V1＝n2RT2 两式相除得： 以乙醚为例：

C4H10O +6 (O2+3.76N2) = 4CO2 + 5H2O + 6×3.76N2 n1 = 29.6 n2 = 31.6 爆炸时的升压速度

P —瞬时压力，Pa ；Sl —火焰传播速度，cm/s ；Kd —系数；K —系数，Cp/Cv=1.4；t —时间，s

例：某容器中装有甲烷和空气预混气，体积为9L ，甲烷的体积浓度为9.5%，爆炸前初温T1=298K ，初始压力P1=1.01325×105 Pa ，爆炸时温度为T2=2300K ，最大爆炸压力P2=8.0756×105 Pa ，甲烷火焰传播速度为Sl=34.7 cm/s ，热容比K=1.4，求甲烷爆炸时平均升压速度。 解：甲烷燃烧反应式为： CH4+2O2+7.5N2 CO2+2H2O+7.5N2 n1=n2=10.5 (kmol)

由

得：

9MPa 9.0)25273(6.29)

2500273(6.311.011221

2=+⨯+⨯⨯==T n T n P P 1

1

331

P V t

S P K P l

d +=K T n T n T n T n K d ⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=134112

22

1122π(Pa/s) 1

2t

P P v -=

86

.23454.112985.1023005.102985.1023005.1014.3341342

11222

1122=⨯⎪⎭⎫

⎝⎛-⨯⨯•⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=⋅⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=K T n T n T n T n K

d

π11331P V t S P K P l d +=)

(086.07.341001325.186.23459000)1001325.1100756.8(11

)1(33

55

53

3

s S P K V P P t l

d ≈⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=

••-=