燃烧学第2版徐通模电子课件教学课件 4-第四章_着火理论.ppt

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1、西安交通大学能源与动力工程学院1第四章着火理论4.1着火的基本概念4.2热自燃理论4.3链式自燃理论4.4强迫点燃理论4.5火焰传播4.6燃烧热工况西安交通大学能源与动力工程学院2燃烧过程是发光放热的化学反应过程，存在两个最基本的阶段：着火阶段、着火后燃烧阶段。反应的引发剧烈反应的加速过程燃烧阶段着火阶段（孕育期）西安交通大学能源与动力工程学院33.1着火的基本概念着火的定义：燃料和氧化剂混合后，由无化学反应、缓慢的化学反应向稳定的强烈放热状态的过渡过程，最终在某个瞬间在空间中某个部分出现火焰。一

2、、着火过程着火过程：是化学反应的速度出现跃变的临界过程，即化学反应从低速状态在短时间内加速到极高速的状态。热着火链式着火西安交通大学能源与动力工程学院4影响着火的因素化学动力学因素传热学因素例如：燃料的性质；燃料与氧化剂的混合比例；环境的压力与温度；气流的速度；燃烧室的尺寸；保温情况等。二、着火方式与机理西安交通大学能源与动力工程学院5热着火：可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热，或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断自动加速，积累更多能量最终导致着火。——大多数气体燃料着火特性符合热

3、着火的特征。分为：链式着火：由于某种原因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心产生速率大于销毁速率时，在分枝链式反应的作用下，导致化学反应速度不断加速，最终导致着火。——某些低压下着火实验（如H2+O2，CO+O2的着火）和低温下的“冷焰”现象符合链式着火的特征。热自燃强迫点燃西安交通大学能源与动力工程学院6相同点不同点都是在初始的较低的化学反应速度下，利用某种方式，积聚某种可以使得化学反应加速的因素（如温度、总的活性分子数），从而使得化学反应速度实现自动加速，最终形成火焰。着火的微观机理不同。热着

4、火通常比链式着火过程强烈得多。着火的外部条件也有所不同。热着火过程与链式着火过程的对比西安交通大学能源与动力工程学院7热着火过程与链式着火过程区别——热着火通常比链式着火过程强烈得多。热着火过程：温度升高引发的，将使得系统中整体的分子动能增加，超过活化能的活化分子数按指数规律增加。导致燃烧反应自动加速。链式着火过程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁，所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于销毁速率的区域，而不引起整个系统的温度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化

5、中心能够在整个系统内加速繁殖并引起系统能量的整体增加，就形成爆炸。一个完善的燃烧过程应是：及时着火，稳定燃烧，充分燃尽需要指出的是，上述着火方式的分类不能十分准确地反应它们之间的联系和差别。实际燃烧过程中不可能有单纯的热着火或单纯的链式着火的情况，而往往是同时存在的，且相互促进。一般来说，在高温下，热自燃是着火的主要原因，而在低温下，链式自燃则是着火的主要原因。而热自燃与强迫点燃的差别只是整体加热与局部加热的不同。因此，重要的是掌握各种着火方式的实质。西安交通大学能源与动力工程学院8三、着火条件的

6、数学描述西安交通大学能源与动力工程学院9着火条件初始条件初始温度初始浓度边界条件系统的散热物质的交换情况内部条件系统内物质的反应特性着火条件应具备两个基本的效果：（1）能够使得系统的化学反应速度自动地、持续地加速，直到达到一个较高的化学反应速度。（2）实际的化学反应的速度不会趋于无穷大，而最终会到达某个有限的数值，且在这个有限的化学反应速度的数值下，系统在空间中存在剧烈发光发热（也就是燃烧）的现象。西安交通大学能源与动力工程学院10着火是对系统的初态而言的，它的临界性质不能错误地解释为化学反应速度

7、随温度的变化有突跃的性质。西安交通大学能源与动力工程学院11着火过程的外部标志温度不是反应进行的温度，而是系统的初始温度。西安交通大学能源与动力工程学院12着火条件不是一个简单的初始条件，而是化学动力参数和传热学参数的综合函数。如：对于一定种类的可燃预混合气而言，在闭口系统条件下，着火条件可由下列函数关系来表示：在开口系统的情况下，着火的临界边界条件经常用着火距离xi表示，这时其着火条件可以表示为如下的综合函数关系式：T0—预混合气的初温；α—对流换热系数；p—预混合气的压力；d—容器直径；wg—

8、环境气流速度。3.2热自燃理论一、热自燃条件以封闭容器内可燃物质的着火过程为例，来分析热自燃问题。西安交通大学能源与动力工程学院13热自燃简化模型为使问题简化，作如下假设：只有热反应，不存在链式反应；容器的体积V和表面积F为定值；容器内的参数（如温度浓度等）处处相同；容器与环境之间仅存在对流换热，α为定值；可燃物质的反应热Q为定值；在整个着火过程中，可燃物质浓度变化很小，视作不变；反应开始时，系统温度和容器壁温与环境温度T0相同；反应过程中，系统的温度为T，容器壁温与可燃物质温度相