第1章 燃烧化学基础

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1、燃烧学王海燕中国矿业大学（北京），2011.4研究内容基础燃烧学基础化学物理化学燃烧基础理论（机理、反应速率、空气量、产物量、发热量、温度）传热学传质烟流流态模拟技术简介可燃固体燃烧（着火、阴燃、粉尘及炸药爆炸、阻燃）可燃流体燃烧（蒸发、闪燃、着火、油类液滴）可燃气体燃烧（火焰传播、爆炸、爆轰、湍流和扩散）对燃烧的认识（燃素说/氧化学说）流体力学热力学燃烧学内容分布第一章燃烧的化学基础第二章燃烧的物理基础第三章着火和灭火基本理论第四章可燃气体燃烧第五章可燃液体燃烧第六章可燃固体燃烧第七章室内火灾简介绪论一、对燃烧现象的认识二、燃烧与人类文明的发展三、燃烧学的两个发展方向四、消防

2、燃烧学一、对燃烧现象的认识1．了解和应用燃烧2．近代欧洲的“燃素说”可燃物含燃素，燃烧释放，可燃物变为灰烬。3．18世纪下半叶燃烧的氧学说――燃烧是可燃物与氧的化合反应同时放出光和热。4．现代燃烧可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，建立着火（反应动力学）火焰传播和湍流燃烧（传热、传质）的规律，反应流体力学（连续介质力学）燃烧的数值模拟（计算流体力学）。二、燃烧与人类文明的发展1．火→人的进化，熟食。2．火→科学技术的发展。酿造、制陶→治炼→蒸气机（工业革命）→工农业生产、生活3．火→灾害（灾害的两分法：森林火灾）三、燃烧学的两个发展方向1．燃烧的应用提高热效率。2．燃烧的防治防灭

3、火。（重点内容）四、燃烧学1．目标：研究火灾发生、发展和熄灭的基本规律，以及防火、防爆和灭火的一般原理的科学。2．内容：燃烧的化学、物理基础知识，着火和灭火的基本理论，可燃物（气、固、液）的燃烧特性。3．应用：应用对燃烧化学、物理机理了解+可燃物燃烧物性+着火灭火的基本理论——防止火灾、爆炸事故的发生；制定有效的灭火方案，开发灭火技术，减小火灾损失。第一章燃烧的化学基础介绍基础化学，物理化学方面的知识对燃烧起的作用第一节燃烧的本质和条件第二节燃烧反应速度理论第三节燃烧时空气需要计算第四节燃烧产物及其计算第五节燃烧热和燃烧温度第一节燃烧的本质和条件一、燃烧的本质燃烧是一种特殊的（

4、放热、发光、发烟、常见有火烟（阴燃除外））的氧化还原反应。爆炸：反应速度极快的燃烧反应，大量能量、机械功、放高压、放出强光、高温和声响。燃烧是一种游离基的链式反应。看到了什么？二、燃烧的特征放热、发光和生成新物质。电灯：钨丝放热、发光，但未生成新物质。金属生锈，动物呼吸：放热、生成新物质，但无发光现象。所以，以上两种现象均非燃烧。金属生锈人体呼吸点亮电灯生石灰+水三、燃烧的条件助燃物游离基可燃物热源燃烧四面体燃烧三角形助燃物可燃物热源燃烧的条件在防灭火中的应用防火方法：控制可燃物；隔绝空气；消除点火源灭火方法：隔离法；窒息法；冷却法燃烧三角形（四面体）是燃烧的充要条件吗？四、燃

5、烧的形式扩散燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体从管道孔口，或巷道流出，在与空气的交界面燃烧。分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）可燃物遇热分解－其产物氧化反应－火焰燃烧矿井火灾时期，着火带中燃烧带燃烧。表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）固体燃料热分解后，剩余的焦炭与空气的接触表面燃烧。固体燃料呈红热表面，但没有火焰。矿井火灾时期，着火带中的焦化带燃烧。预混燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体与空气预先充分混合的燃烧。燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下会转变为爆炸。矿井火灾引起的爆炸事故往往由预混燃烧引起。有时因分解燃烧生成大量富余可燃挥发性气体，与空气混合形成预混气体，在一定条件下点

6、燃而发生预混燃烧。在上述四燃烧形式中，预混燃烧范围最大。一、浓度的表示方法浓度以单位体积内所含的某种物质的数量来表示。（1）绝对浓度分子浓度——单位容积内某物质的分子数ni=Ni/V(个/m3)，式中：Ni—某物质的分子数量，V—容积。摩尔浓度——单位容积中某物质的摩尔质量Ci=Mi/V（mol/m3)，式中：Mi—某物质的摩尔数。质量浓度——单位容积中某物质的质量ρi=Gi/V（kg/m3)，式中：Gi—某物质的质量。浓度间关系的推断例如：摩尔浓度与分子浓度间的关系Ci=（Ni/N0)/V=ni/N0，N0—阿伏伽德罗常数其他的请自行运算第二节燃烧反应速度理论（2）相对浓度摩

7、尔相对浓度：某物质的摩尔数（或分子数）与同一容积内总摩尔数（或总分子数）的比值式中：N总——单位容积中总分子数；n总——总分子浓度对于气体，摩尔相对浓度xi与摩尔浓度Ci的关系那么摩尔相对浓度xi与分子浓度ni的关系是什么？质量相对浓度：某物质的质量与同一容积内重质量的比值式中：ρ——混合物的总质量浓度，密度二、反应速率基本概念：衡量化学反应的快慢单位时间内，单位体积的反应物消耗或生成物产生的摩尔数()一般：（系统反应速率）对燃烧反应，可近似认为三、反应分类1、以反应分子数分（单向反应或不可