第七章 点火和熄火

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1、第七章点火、可燃性和熄火点火与熄火过程在可燃物的利用、存储和运输方面扮演着重要角色。这些过程是内在联系的，并且对所有的燃烧过程都是基本的。像许多燃烧学中的术语一样，“点火”、“可燃性”这两个术语的用法通常有点不够准确。我们需要为这些重要术语下个明确的定义。§7-1定义一、点火点火是指这样一种过程：使燃烧过程开始，并且通常包括将热量传至一种可燃混合物，以使混合物升至可以发生自持的化学反应的温度，即反应可以在点火源移开后仍继续进行。假如对混合物的传热速率足够高，或者引入了足够数量的活化分子，可以使反应等温地开始进行

2、，点火就可以发生。在大多数实际的燃烧装置中，热量和活化分子都起到重要作用，例如电火花和“值班”火焰。二、可燃性燃料与氧化剂的混合物在点火的情况下，如果会产生自持的燃烧波（爆燃波或爆震波）或者爆炸（均匀燃烧），那么就称其具有可燃性。混和物的可燃性取决于点火源和容器特定的几何外形。三、熄火/淬熄熄火或淬熄发生在由于传热、膨胀作功将足够的能量，或者活化分子从燃烧区域移走，以至于反应率（热释放率）减慢至反应不能自持的温度的情况下。熄火或淬熄很自然地易发生在低温边界附近，也可能由于火焰拉伸效应发生。因此，按照定义，所有可

3、燃混合物都是可以点燃的。对于不易燃烧的混合物，熄火性大到可以将由点火源激发的反应扑灭。§7-2可燃极限点火、可燃性与淬熄模拟的基本目标是建立可燃、不可燃行为之间的边界，并确定这些边界与混合物压力、温度、成分、混合物稀释度和燃料类型之间的关系（见图7.1）。预混燃料/氧化剂的可燃边界用燃料的摩尔分数的下限（贫限）和上限（富限）来表示，这种燃料的混合物可以发生自持的火焰传播。一般，可燃边界取决于反应容器的尺寸、点火源的能量、火焰传播的方向（向上，向下，水平）、压力、温度和混合物中稀释气体的量和性质。标准的可燃性测试

4、方法已经建立，可作为燃料-氧混合物相对可燃性比较的基础。其中一个测试是在一个直径为5cm，长150cm的垂直恒温管中进行的，点火源位于底部边缘，它通常是敞开的，以减少燃烧过程中的压力变化。管内充满燃料-氧-稀释剂混合物，并有一个点火源（一般为固定能量的火花塞）。假如自持的燃烧波可以在整个管中传播，那么这种混合物就被称为可燃的。124图7.1燃料/氧化剂混合物中温度和压力可燃极限随当量比变化的典型曲线图7.2显示了在该测试中，甲烷-空气混合物的可燃下（贫）限随着火焰传播方向而变化的情况。最低的边界对应于向上传播的

5、情形，这是通常所说的低限。图7.2甲烷在空气中火焰不同传播方向的可燃下限确定可燃边界的另一种方法是测定要扑灭预混层流火焰所要求的火焰拉伸率，它是燃料-空气当量比的函数。预混甲烷-空气火焰的熄火拉伸率的典型图如7.3所示。可燃边界通过将这些数据外推至零拉伸点得到。利用这两种不同的方法得到的可燃边界之间的联系是比较一致的，这一点可以从图7.3中看到。图7.4显示了在低于大气压力下，压力对甲烷-空气混合物的可燃边界的影响。对于给定的燃料浓度和未燃气体温度，显然存在一个最低压力，在其下混合物不可燃。这个最低压力出现在混

6、合物浓度接近化学恰当比时。图7.4也显示了随着未燃气体温度的升高，可燃边界是不断扩大的。图7.3甲烷空气熄火拉伸率125图7.4压力和温度对甲烷-空气混合物可燃极限的影响图7.5显示了在大于大气压力下，压力对于甲烷-空气混合物可燃边界的影响。增加压力促使边界扩大，尤其对富燃极限影响明显。图7.5压力对甲烷-空气混合物可燃极限的影响图7.6显示了未燃气体温度对甲烷-空气可燃边界的影响。随着温度的降低，可燃物上下可燃烧边界间的宽度减小。也存在一个最低温度，在其下甲烷-空气混合物不能燃烧，虽然图中并未显示这一点。这个

7、最小温度的值取决于反应容器的大小和点火源的强度。图7.6未燃气体温度对甲烷-空气可燃极限的影响126图7.7显示出可燃边界与稀释气体的量和性质的关系。提高稀释气体浓度会减小可燃混合物的可燃边界。对于所有列出的稀释物，最大稀释点（稀释物的浓度）位于化学恰当混合物附近（如虚线所示）。图7.7甲烷-空气可燃边界与稀释气体的量和性质的关系下表列出了一些常见燃料-氧化剂混合物在标准温度和压力下的可燃界限（以摩尔分数表示）。表7.1常见燃料-氧化剂混合物在标准温度和压力下的可燃界限燃料氧化剂贫油极限富油极限氢空气4.075

8、.0一氧化碳空气12.574.0(18℃时的湿气体)氨气空气15.028.0氰空气6.6----甲烷空气5.015.0乙烷空气3.012.4丙烷空气2.19.5丁烷空气1.88.4乙烯空气2.736.0乙炔空气2.5100.0苯空气1.37.9甲醇空气6.736.0乙醇空气3.219.0二乙醚空气1.936.0二硫化碳空气1.350.0氢气氧气4.095.0这些可燃界限可以和反应混合物