5气体燃料的燃烧解析PPT课件

研究对象：预混可燃气体，闭口系
简化假设:
①体积为V,表面积为S,壁温=T0 ②混合气初始温度为T0 ③容器对环境的总换热系数α不变
2020年9月28日 ④着火前容器内可燃物浓度均匀不变
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放热速率 Q1qk0CA neE/RT
散热速率
Q2
S V
(T
T0 )
Q1
Q
B
Q1 Ae E / RT
Q2 B (T T0 )
T TC
E
K 0Q VC A aCB beRTc STcT0
（1）
K0QVCA aCB beE/RTC(RE TC 2) S （2）
两式相除有 带入（1）得
TC
T0
RTC2 E
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[Q 1]TTC
E
K0Q VCA aCB bEeRTC
SRE Tc2
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➢ 设反应物总摩尔浓度为C， ➢ 即C＝CA＋CB
的加热和着火阶段
完成燃烧化学反应
全预混燃烧
预混燃烧
两
半预混燃烧
种
类
型
扩散燃烧
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预混燃烧
• 燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理 论空气量之比，称为一次空气系数，当一次空气 系数大于0而小于1时，称为半预混燃烧；当一次 空气系数大于或等于1时，称为全预混燃烧
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第五章 气体燃料的燃烧
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章节安排
• 5.1 气体燃料燃烧原理及特点 • 5.2 预混可燃气体的着火和燃烧 • 5.3 气体燃料的扩散燃烧
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5.1 气体燃料燃烧原理及特点
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气体燃料的燃烧过程
燃气和空气的混合阶段
三
个
混合后可燃气体混合物
阶 段
根据此方程，如果α、S,V、E、Q、K0 已知，n=2，可 以将上式简化为：
lnPc A1ln B
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Tc2 Tc 2 xA(1xA)
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着火界限
• 反应级数为2时的简化谢苗诺夫方程
lnTPcc2
A1ln B Tc 2 xA(1xA)
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压力与温度的关系（浓度不变）
点燃
可燃气体的化学反应速度急剧加
快所引起的着火
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爆炸式化学反应
系统内热量的积聚，使
热爆燃
温度升高，引起化学反 应速度按阿累尼乌斯指
热自燃
反
数规律迅速增加
应
机
理
由于链锁反应的分支
链锁爆燃 使活化中心迅速增加， 导致化学反应速度急
链锁自燃
剧增大
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热自燃理论
• 又称谢苗诺夫热着火理论
C A
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T01
T02
T
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改变散热条件时
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改变初始温度时
Q1
Q2
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改变发热曲线时
Q1
Q2
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热自燃条件
• 系统发生热自燃的条件是Q1>=Q2。当发热曲线与 散热曲线只有一个切点时，此切点称为着火点， 其对应的温度即为着火温度
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热自燃的感应期
• 定义
预混可燃气体从初始温度加热到着火温度 所需的时间
所有的着火过程都有感应期，长短不一， 与温度和气体成分有关
提高预混气体的温度和压力，或提高燃气 浓度，感应期可缩短
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着火极限
在自燃临界状态：
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
着火
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。
• 温度下降至某一值，系统失去爆炸性——存wk.baidu.com着火的
2020年9月28温日 度极限
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一定温度下的着火极限
Pc
T0=const
Pc
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。
• 根据热自燃理论，在一定浓度下，着火温度与系 统的压力成反比
Pc
非着火 区
着火区
Tc
物资名称 汽202油0年蒸9月汽 28日
0.1MPa 480
自燃点（℃）
0.15MPa 0.20MPa 0.25MPa 0.30MPa 0.40MPa
350
310
290
280
25203
一定压力下的着火极限
Tc
PC=const
E
K0QVCAaCBbEe RTc
SRETc2
➢ xA为燃料的摩尔分数，xB为空气（氧）摩尔分数
CA CxA
CB CxB
C Pc R Tc
Q RV nK 1T0CnPcn2xAa(1xA)naeRE TC
S E
谢苗诺夫方程
两边取对数、整理， 得：
lnT P cn c n2R E T c1 2lnK 0Q V E xS A a R (1 n 1xA)na
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。
即自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热因 素的相互关系。 2020年9月28日发生热自燃时的温度称为热自燃温度或着火温度。 10
• 压力下降至某一值，系统失去爆炸性——存在着火的
压力极限
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链锁自燃理论
热自燃理论无 法解释的现象
烃类气体燃烧的“冷焰”现象 卤代烷的高效灭火性能 氢/氧体系的着火“半岛”
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5.2 预混可燃气体的着火和燃烧
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预混可燃气体的燃烧过程
• 有两个基本阶段
– 着火阶段
• 燃烧的准备阶段，主要是积累热量和活化分子
– 着火后的燃烧阶段
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预混可燃气的着火方法
自燃
由于自身温度的升高而导致化学 反应速度自行加速所引起的着火
着
火
方
法
由于外界能量的加入，而使预混
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TC
T0
RT02 E
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热自燃理论的应用
• 着火感应期 • 着火极限：浓度极限、压力极限、温度极限
爆炸极限 爆炸浓度极限，如：甲烷/空气：5～15% 爆炸压力极限，如：甲烷/空气：小于0.065MPa，不爆炸 爆炸温度极限，如：甲烷/空气：小于690℃，不爆炸
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着火温度是不是物性参数？
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着火温度的计算
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
T TC
E
A e RTC B TC T0
A
E
E
e RTC B
R TC 2
TC
EE 2R 2R
14RT0 E
T C2 E R2 E R 12R E T 02R E 2 2 T 0 2 T 0R E T 0 2