燃烧学—第5章1.

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1、燃烧学-第三章 燃烧学 燃烧学 1 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 第5章 可燃液体的燃烧 5.1 液体燃料的燃烧特点 5.2 液体蒸发 5.3 闪燃与爆炸温度极限 5.4 液滴的蒸发和燃烧 5.5 液态可燃物的火灾蔓延 5.6 油罐火灾燃烧 2 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 第5章 可燃液体的燃烧 5.1液体燃料的燃烧特点 v 根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将其燃烧形式分为 液面燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧（如液化石油气灶具） 雾化燃烧 v 液体的蒸发过程是液体燃烧的决定步骤 5.2液体蒸发 v 蒸发（在液体表面进行） v 沸腾（在液体表面和内部同

2、时汽化，快速蒸发） v 饱和蒸汽压PS Ps 3 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -10 0 40 80 120 160 200 240 1 2 3 4 5 6 7 8 1（C2H5）2O；2CH3OH；3C6H5OH；4C6H6； 5H2O；6n-C7H16；7C6H5Cl；8C6H5I 温度/ 饱和蒸气压ps（kPa ） 图5-1 某些液体的饱和蒸气压 与温度的关系 4 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 5.2.2 蒸发的动力学基础 v 蒸发的形式：静蒸发和动蒸发 v 液体

3、的蒸发实际上包括三个过程： 气化过程液体分子从液面逸出成为蒸气分子； 扩散过程逸出的蒸气分子在气相介质中分散开来； 凝结过程部分逸出的蒸气分子经碰撞后重新被液面吸收。 v 液体分子蒸发的条件 m表示液体分子的质量，ux表示垂直于液面的x轴上分子运动的速度 分量（即法向分量），为液体分子逸出表面层所作的功，则可以 看出，液体分子蒸发时必须满足下列条件： 5 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 v 自由蒸发：当蒸汽压为零时液体的蒸发 v 在自由蒸发时，液体分子蒸发的速度，即每秒内自每平方厘 米液面上蒸发出去的分子数n0应为 N阿佛加得罗常数； 液体的比体积（单位质量的体积）； 液

4、体的摩尔质量； R气体常数； li每摩尔液体的蒸发潜热； T绝对温度，K。 6 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 在自由蒸发时，单位时间内自单位面积上蒸发出的液体质量w应为 假设在液体表面每立方厘米气相层中有C0个蒸气分子，则单位时 间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子撞击次数为Z。 假定在每次撞击中有一次被吸回液面，则在单位时间内每平方厘 米表面上被吸回液面的分子数为 （5-3） 7 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 在饱和状态下，此时，在液体表面每立方厘米气相层中有CS个蒸气分子 可以得出 或 在不饱和情况下，单位时间内在液体表面层每平方厘米表面内

5、蒸发出去的分子数n，此时 8 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 写成蒸气压形式： 蒸发速度 在液体温度一定的条件下，公式中、R、T、及li均为常数， 在一定温度下液体的饱和蒸气压是不变的 液体蒸发的基本定律-道尔顿蒸发定律 9 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 5.2.3静蒸发 v 静蒸发 常数A实际上与外界压力（液面气体总压力） P外成反比，用公式表示之为 单位时间内的总蒸发量总是与液体蒸发的表面积成正比，而与液体的质量 无关，用公式表示之为 10 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-1 汽油蒸发量受空气压、空气温度和蒸发表面的

6、影响 空气压力 /kPa 4小时内汽油蒸发量/% 空气温度0空气温度20 蒸发表面 0.5cm2 蒸发表面 25cm2 蒸发表面 0.5cm2 蒸发表面 25cm2 100.00.161.480.613.18 66.70.491.501.033.53 33.30.661.801.123.65 11 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 5.2.4 动蒸发 v 动蒸发：液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发称为动 蒸发 v 评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中的蒸发损失的倾向， 应采用标准方法SHT0235。 图5-2 液体燃料蒸发损失测定仪器 液体试样 12 中国矿业大学能源学院

7、安全与消防工程系 燃烧学-第三章 测定时将油样l0mL注入特制试管并称量其质量，在温度为20的恒温水浴中 放置5min后，将试管与空气计量器连通，提高压力瓶至上面位置，控制气流 速度，使空气l00mL强烈吹入试油，最后称量试油质量，计算为该油的蒸发损 失的质量百分比。 表5-2 液体燃料蒸发损失评定结果 燃料名称蒸发损失/燃料名称蒸发损失/ 异戊烷15.6B-92航空汽油0.60 A-66车用汽油2.2苯0.41 B-100/130航空汽 油 1.4精馏酒精0.11 A-66直馏汽油1.3柴油0.066 B-95/115航空汽油1.0 13 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章

8、 影响动蒸发的因素： v （1）液体性质 如液体燃料的沸点和蒸气压，蒸气的扩散系数，液体的蒸发潜热 、粘度和表面张力等。 v （2）环境因素， 周围空气的温度和压力、空气流动速度、 与蒸发表面有关的燃料雾化程度和分散情况（液体分散的颗粒大 小与数量）以及喷嘴的构造和喷油压力等。 v 具体因素如下： 14 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 （1）燃料的沸点和饱和蒸气压 图5-3 烃的碳原子数和沸点的关系 1环烷烃；2芳香烃；3正烷烃；4烯 烃；5异构烷烃 15 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-3 不同碳原子分子的沸点和蒸气压 名称分子式沸点/ 60

9、时的饱和蒸气 压 甲苯C6H5CH3110.618.5 乙基环戊烷C5H9C2H5103.524.3 甲基环己烷C6H11CH3100.927.0 正庚烷C7H1698.428.0 正庚烯C7H1493.633.2 2-甲基己烷C6H13CH390.137.5 2，2-二甲基戊烷C5H10（CH3）279.254.7 乙苯C6H5C2H5136.27.4 乙基环己烷C6H11C2H5131.89.2 正辛烷C8H18125.710.5 1-正辛烷C8H16121.312.4 2，2，4-三甲基戊 烷 C5H9（CH3）399.232.2 16 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三

10、章 表5-4 几种常见燃料的沸点范围 液体燃料沸点范围/液体燃料 航空汽油（79号、95 号） 40180 轻柴油（-35号，专用及 直馏） 180350 车用汽油35205燃料油（重油）300以上 航空煤油（1号、2号 ） 150250石油醚30号3060 鱼雷燃料160250石油醚60号609 灯用煤油200300 酒精（工业纯乙醇95.6 ） 78 轻柴油（一般）200365 17 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 克劳修斯克拉佩龙 式中H为液体的蒸发潜热，V1为1mol该物质的液相容积，V2为气相 容积。 V1远远小于V2（即：V2V1V2）则上述方程经积分后可得

11、18 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-5 几种常见有机化合物的LV和C值。 化合物分子式LV蒸发(J/mol)C温度范围() 正-戊烷n-C5H12275679.6116-77191 甲苯C6H5CH3358669.8443-2831 正-癸烷n-C10H224561210.373017173 甲醇CH3OH3753110.7647-44224 乙醇C2H5OH4043610.9523-31242 苯n-C6H634.0529.9586-37290 19 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 安顿（Anloine）方程 在一般压力下的正戊烷，安顿方程

12、为 图5-4 液体燃料的蒸气压与温度的关系 1航空汽油；2航空煤油；3车用汽油；4裂化汽油 ；5轻煤油；6重煤油 20 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 （2）扩散系数 单位时间内通过垂直于扩散途径单位截面积的蒸气量称为扩散速率。 蒸气扩散（D）与周围介质的温度（T）和压力（P）有如下关系： 21 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-6 液体燃料在不同温度下的扩散系数 液体燃料 扩散系数D/（cm2/s） 0152030 正己烷 0.0755 正庚烷 0.0737 苯0.0770.0850.0880.095 甲苯0.070 0.080 邻二甲苯0.0

13、62 间二甲苯0.059 对二甲苯0.056 乙苯0.065 航空汽油0.0790.0900.0930.101 裂化汽油0.090 0.100 22 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-7 压力对燃料蒸气扩散系数的影响 燃料 15时的扩散系数/（cm2/s） 101.3kPa5065kPa 航空汽油0.0900.00198 乙醚0.1100.00242 苯0.0850.00187 23 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 （3）蒸发潜热 v 蒸发潜热（摩尔蒸发热H）与该液体的沸点（绝对温度Tb）成 正比，即 v 石油产品的蒸发潜热经验公式计算： 式中H

14、蒸发潜热，kJ/kg； d15时燃料的密度； t燃料的平均沸点，即平均分子沸点，。 24 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 该燃料的平均体积沸点t体（）， 式中t10，t90分别表示蒸出体积10，90时的温度（） 25 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 表5-8 温度对烃类蒸发潜热的影响 燃料 沸点 / 蒸发潜热/（kJ/kg） 020406080100 正戊 烷 36.0391368355334316292 正己 烷 68.5380367351337325306 正庚 烷 98.3376367358346332316 正辛 烷 125.23743623

15、48337323311 苯80.1447434421408394379 26 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 （4）粘度 v 表示液体流动时，两个平行液层之间发生相对运动的摩擦阻 力大小的指标，也就是液体的内摩擦系数 v 如用F表示两液层作相对运动时摩擦力的大小。S表示摩擦面 的面积， 表示两液层之间的速度梯度，表示 摩擦系 数（粘度）则有下列关系： v 在动蒸发条件下，液体燃料通常先雾化为细小的液体颗粒， 然后迅速蒸发。燃料的粘度对燃料雾化的质量有很大的影响 v 液体燃料的粘度取决于燃料的化学成分和外界的湿度、压力 27 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 图5-7 烃类粘度与沸点的关系 28 中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学-第三章 液体粘度和温度的关系一般可用下式表示： 29 中国矿业大学能源学院安全与消防