自燃理论燃烧学基础

能量守恒： Q1Q2 ρcVdT/dt
Q V Z φ n AeE/ R A T h (TT 0)ρV cd dT t
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
数形结合法：
Q
Q1
Q2
决定曲线位置关系的因素 ： T0，h，P
T0
T
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
Q1f(TP,);
Q2f(T0,h)
q
Q1
q
Q2
T
T
决定曲线位置关系的因素 ： T0，h，P
不变 不变
不变 不变
不变 不变
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：h，P一定； T0变！
q
Q1 b
Q2
c a
T01 T02 T03
T
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
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。
b点：
c点：
a
c
T0
T
相交： 相切： 相离：
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q 2 自燃重要的准则：
b
斜率h02是个临界值， 超过这个对流换热系
数，反应就会不断加
a
c
速直至着火，该斜率 称为临界对流换热系
数，用Ha,cr表示。
变
不变
不变
不变
变
不变
不变
不变
变
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q2
T0
T
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q2
a点：
b
催化物降低反应活化能，加快反应速度。 少量水分可以起到催化剂的效果， 自燃点较高的物质含有少量的低自燃点物质。
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
Q1QVZφnAeE/RT
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
在散热条件相同的情况下，比表面积越大，越容易自 燃。
T
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：h，P一定； T0变！
q
a
Q1 Q2
b
c
自燃重要的准则：
壁温T02是个临界值， 超过这个温度，反应 就会不断加速直至着 火，该温度称为临界 环境温度，用Ta,cr表 示。
T01 T02 T03Tc
T
决定曲线位置关系的因素 ： T0，h，P
q
Q1
a点：
Q2
b
b点： c点：
c a
T0
T
相交： 相切： 相离：
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定； P变！
q
Q1
自燃重要的准则：
Q 2 反应压力P02是个临界
b 值，体系超过这个压 力，反应就会不断加
速直至着火，该压力
c
称为临界反应压力，
T0
T
决定曲线位置关系的因素 ： T0，h，P
变
不变
不变
不变
变
不变
不变
不变
变
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定； P变！
q
Q1
Q2
T0
T
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定； P变！
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
热量
放热因
散热因素
能
素
积累
热量
放热因素
散热因
不能
素
积累
二、热自燃理论的研究对象和模型
研究对象：内部充满预混可燃气体的容器，容器 外环境温度为T0
简化假设: （1）设容器体积为V，表面积为A。 （2）壁温与混气温度始终相同，开始时二者均为T0，随着
反应进行二者温度上升为T。 （3）容器中各点的温度、浓度相同。 （4）容器中既无自然对流，也无强迫对流。 （5）环境与容器之间有对流换热，对流换热系数为h，它不
决定曲线位置关系的因素 ：h，P一定； T0变！
q
Q1 Q2
a点：
稳定点，体系只能稳定在交点处 作低温、缓慢的氧化反应，反应
b
无法加速，体系不能着火；
b点：
c a
T01 T02 T03 Tc
非稳定点，但是热力学非自发状 态。
c点：
临界点，标志着体系处于由维持 低温、稳定氧化反应状态到不能 维持这种状态（即到加速反应状 态）的过渡状态，体现了体系热
随温度变化。 （6）着火前反应物浓度变化很小。
放热速率、散热速率
放热速率：单位时间体系中的混气由化学反应放出 的热量。用Q1表示.
散热速率：单位时间体系中的混气平均向外界环境 散发的热量。用Q2表示。
三、热自燃理论的着火条件
（一）放热速率与散热速率φ
放热速率：
Q1QVZφnAeE/RT
散热速率： Q2Ah(TT0)
Q1QVZφnAeE/RT
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
温度升高，化学反应速度提高，放热量增大，易发生自 燃。
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
Q1QVZφnAeE/RT
百度文库
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
T 自燃着火条件。Tc出现火焰的最 低临界温度，为该条件下的自燃
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：h，P一定； T0变！
q
Q1 Q2
相交：
b
不能自燃；
相切：
c a
T01 T02 T03Tc
发生自燃的临界条件；
相离：
放热>散热，热量积 累温度升高，一定能自 燃。
a
用Pa,cr表示。
T0
T
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
Q1QVZφnAeE/RT
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
放热量越大，越容易自燃；放热量越小，越不容易自燃。 放热量的增大，临界点C的位置左移，说明自燃点随放 热量的增大而减小。
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素