第三章 物质的燃烧

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1、第三章物质的燃烧第一节气体的燃烧一、预混气中火焰的传播理论火焰（即燃烧波）在预混气中传播，从气体动力学理论可以证明存在两种传播方式：正常火焰传播爆轰（一）物理模型与雨果尼特方程（一）物理模型与雨果尼特方程雨果尼特方程瑞利方程（一）物理模型与雨果尼特方程称马赫数，其物理意义是混气速度（它等于燃烧波速度，只是方向相反）与当地声速之比。（二）正常火焰传播与爆轰1、爆轰区（Ⅰ）区是爆轰区。①燃烧后气体压力要增加。②燃烧后气体密度要增加。③燃烧波以超音速进行传播2.正常火焰传播（Ⅲ）区是正常火焰传播区。①燃烧

2、后气体压力要减少或接近不变；②燃烧后气体密度要减少；③燃烧波以亚音速（即小于音速）进行传播。二、层流预混气中正常火焰传播速度（一）传播机理1．火焰前沿概念若在一长管中充满均匀混气，当用电火花或其它火源加热某一局部混气时，混气的该局部就会着火并形成火焰。火焰产生的热量会由于导热作用而输送给火焰周围的冷混气层，使冷混气层温度升高，化学反应加速，并形成新的火焰。这样使一层一层的新鲜混气依次着火，也就是薄薄的化学反应区开始由引燃的地方向未燃混气传播，它使已燃区和未燃区之间形成了明显的分界线，称这层薄薄的化学

3、反应发光区为火焰前沿。2．火焰前沿的特点2．火焰前沿的特点（1）火焰前沿可以分成两部分：预热区和化学反应区。（2）火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。3．火焰传播机理（1）火焰传播的热理论火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。3．火焰传播机理（2）火焰传播的扩散理论凡是燃烧都属于链式反应。火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的结果。（二）层流火焰传播速度——马兰特简化分析1．物理模型图

4、3-4火焰前沿中的温度分布（Ⅰ）预热区（Ⅱ）反应区1．物理模型反应区中温度分布为线型分布热平衡方程式为：2．火焰传播速度因为：所以：或者：其中：，称导温系数2．火焰传播速度又因为：公式表明层流火焰传播速度与导温系数及化学反应速度的平方根成正比。2．火焰传播速度又因：所以：2．火焰传播速度另外：于是：公式意味着对于二级反应，火焰传播速度Sl将与压力无关。大多数碳氢化合物与氧的反应，其反应级数接近2，因此火焰传播速度Sl与压力关系不大，实验也证明了这个结论。2．火焰传播速度应该指出这一理论还不完善，例如

5、未燃混气初温如果等于这里的着火温度，则火焰传播速度为无穷大，这显然是错误的。（三）物理化学参数对层流火焰传播速度的影响1．混气初温混气初温增加，混气燃烧时火焰温度就越高，化学反应速度Ws会越快，火焰传播速度Sl就越高。实验结果表明，通常，其中n＝1.5～2。2．压力对二级反应，压力与火焰传播速度关系不大。3．可燃气体浓度混气中可燃气与空气比值不同，火焰传播速度不同。实验发现混气中可燃气与空气比值存在一个最佳比值，在此最佳比值条件下火焰传播速度最快，否则会下降。理论上这个最佳比值应等于化学当量比，即＝

6、1.但实际燃烧时的最佳比值往往并不等于1，而是有些差别，这与实际燃烧时情况很复杂，影响因素很多有关。3．可燃气体浓度实验还发现火焰传播也存在一个浓度极限问题。在混气中如果可燃气太少或太多，火焰均不能传播。可燃气含量在一定范围内才能传播，这是传播法实验测定可燃气爆炸极限的依据。图3-8氢气浓度对火焰传播速度Sl的影响图3-9CO浓度对火焰传播速度的影响（H2+空气）（CO+空气）4．惰性气体惰性气体加入量越多，火焰传播速度越小。5．混气性质主要是指混气的热容CP和导热系数。混气导热系数增加，火焰传播速

7、度Sl增加；热容CP增加，则Sl下降。5．混气性质这是灭火剂要具有低的导热系数和高热容的原因。低的导热性可以延缓热的传递，高的热容使灭火剂能够吸收大量的热量，这都不利于火焰的传播。第二节液体的燃烧一、液体的蒸发（一）蒸发过程（二）蒸气压在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气所具有的压力叫饱和蒸气压，简称蒸气压。（二）蒸气压分子间的力称分子间力，又叫范德华力。分子间力中最重要最普遍的力是色散力。色散力是由于分子在运动中，电子云和原子核所代表的正负电荷中心发生瞬时相对位移，产生瞬时偶极而出现的

8、分子间的相互吸引力。（二）蒸气压分子量越大，分子就越易变形，色散力就越大。所以在同类物质中，分子量越大，蒸发越难，蒸气压就低。但在水分子（H2O）、氟化氢（HF）氨分子（NH3）中，以及很多有机化合物中，由于存在氢键，分子间力会大大加强，蒸发也不容易，蒸气压也低。（二）蒸气压图3-11几种液体的蒸气压温度曲线（二）蒸气压lg（P蒸）（二）蒸气压此式称为克拉佩龙方程式。利用上式，若已知蒸发热和某一温度下的蒸气压，则可计算另一温度下的蒸气压；若已知某液体在两温度下之蒸气压