南京工业大学燃烧与爆炸理论第四章--预混气体的着火理论PPT课件

二、热自燃着火条件
• 着火临界条件的数学表达式
qG q1
qG T
C
q1 T
C
QSKOS2
fF
fox
E expRTC
VFTC
T
E RTC2
QSKOS2 fF
f
exp
E RTC
F
V
三、热着火理论中的着火感应期
• 在热着火理论中，着火感应期的定义是： 当混气系统已达着火条件的情况下，由 初始状态达到温度开始骤升的瞬间所需 的时间。
活化中心形成的速度
初始条件
• 求解，得
整个分枝链锁反应的速度
图4-7 分枝链锁反应速度在等温下随时间的变化规律
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 在低温时，由于链的分枝速度很缓慢，
而链的中断速度却很快，f g ，则
。
0
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 当时间趋于无限长时，活化中心浓度和 反应速度都将趋于一个定值，即当
第四章 预混气体的着火理论
概述
• 所谓着火，是指系统中的可燃预混气因 某种原因引起自动升温，反应自动加速， 最后出现火焰的过程。
• 火焰是着火的重要标志。
第一节 谢苗诺夫热自燃理论
一、概述
• 任何充满预混气的体系中，一方面体系 中的预混气会因缓慢氧化而放出热量， 使体系温度升高；
• 同时体系又会通过器壁向外散热，使体 系温度下降。
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 随着温度的增高，链的分枝速度不断增 加而中断速度却几乎没有改变，
f g
值就逐渐增大，且成为正值，并随着温
度升高愈大愈大。
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 这时，活化中心浓度和反应速度却随着 时间而急剧地增长。
• 当时间趋于无限长时，两者都趋向于无 限大，故反应就会由于活化中心不断积 累而自行加速产生所谓“链锁自燃”现 象。
• 这一理论可以阐明可燃混合气自燃过程 中不少现象。
一、链锁自燃
• 但是，也有不少现象与实验结果，热自 燃理论是无法解释，
• 例如氢和空气温合气的着火浓度界限的 实验结果正好与热自燃理论对双分子反 应的分析结果相反。
图4-5 氢与空气的可燃混合气的压力极限
一、链锁自燃
• 在低压下一些可燃混合气如H2+O2、 OO+O2和CH4+O2等，其着火的临界压 力与温度的关系曲线也不像热自燃理论 所提出的那样单调地下降，而是呈S形， 有着二个或二个以上的着火界跟，出现 了所谓“着火半岛”的现象。
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 因为W1值很小，故感应期内反应很缓慢， 甚至观察不出；
• 而后由于活化中心迅速增殖导致速度猛 烈地增长形成爆燃；
• 当然在活化中心不断积累，反应自行加 速的同时还伴随着自行加热。
图4-7 分枝链锁反应速度在等温下随时间的变化规律
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
图4-6 着火半岛现象（碳氢化合物与空气的混合气的着火界限）
一、链锁自燃
• 这些情况都说明着火并非在所有情况下 都是由于放热的积累而引起的。
• 实际上，大多数碳氢化合物燃料的燃烧 过程都是极复杂的链锁反应，真正简单 的双分子反应却是不多。
一、链锁自燃
• 链锁自燃理论认为，使反应自行加速并 不一定要依靠热量积累，可以通过链锁 的分枝，迅速增殖活化中心来促使反应 不断加速直至爆燃着火。
热自燃理论
• 着火是反应放热因素与散热因素相互作用 的结果。
• 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，发生自燃；
• 相反，如果散热因素占优势，体系温度下 降，不能自燃。
热自燃理论
• 系统的能量方程
V C Vd d T tV Q SW SFTT
C Vd d T t Q S W SV F T T q G q 1
• 但若温度稍低一些，则会因 f g，0使反应速度
趋于一极限值而达到一稳态反应。
• 所以这一情况正好代表由稳态向自行加速的非稳 态过渡的临界条件。
源自文库
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 以 f g（或 ） 称0为“链锁着火条件”，而相 当于 的f混 合g 气温度则称为“链锁自燃温度”。
图 4-3 不同初温时的散热曲线
图 4-4 不同初温时的着火感应期
影响着火感应期的因素
• 系统环境温度越高，其着火感应期越短； • 大的混气发热量和高的混气反应速度都会
使着火感应期变短； • 高的着火点以及高的反应活化能都会使着
火感应期变长。
第二节 链锁自燃理论
一、链锁自燃
• 自燃之所以会产生主要由于在感应期内 分子热运动的结果，使热量不断积累， 活化分子不断增加以致造成反应的自行 加速。
• 当温度增加到某一数值时，却好使链的 分枝速度等于其中断速度，即 f g 或 0 ，则此时活化中心浓度和反应速 度均以直线规律随时间增长 。
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 在这种情况下，反应是不会引起自燃的。 • 若稍微提高一些温度而使 f g，0则反应就会因
活化中心的不断积累而致产生爆燃；
• 此时( )的临界压力和温度就是链锁自燃的爆 燃界限。 0
• 对于氢氧混合气来说，链锁自燃温度T＝550℃。
图4-8 不同值下分枝链锁反应的发展
2. 不同温度时，分枝链锁 反应速度随时间的变化
• 链锁自燃(或称链锁着火)现象在实验中 可以观察到，例如在低压、等温下氢与 氧可以无需反应放热而可由链锁反应的 自行加速产生自燃，这就是所谓“冷焰” 现象。
• 在某种外加能量使反应产生活化中心以 后，链的传播就不断地进行下去，活化 中心的数目因分枝而不断增多，反应速 度就急剧加快，直到最后形成爆炸。
1．链锁分枝反应的发展条件
• 在链锁反应过程中，不但有导致活化中 心形成的反应，也有使活化中心消灭和 链锁中断的反应，所以链锁反应的速度 是否能得以增长以致爆炸，还得取决于 这两者之间的关系 。
1．链锁分枝反应的发展条件
• 简单反应的反应速度随时间的进展由于 反应物浓度的不断消耗而逐渐减小；
• 但在某些复杂的反应中，反应速度却随 着生成物浓度的增加而自行加速。
• 这类反应称为自动催化反应，链锁反应 就属于这种更为广义的自动催化反应。
1．链锁分枝反应的发展条件
• 链锁反应的速度受到中间某些不稳定产 物浓度的影响；