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1、第二章 燃气燃烧原理,第一节 燃气的着火 第二节 燃气的点火 第三节 火焰的传播,第一节 燃气的着火,基本概念： 稳定的氧化反应过程 不稳定的氧化反应过程 燃气的着火,稳定的氧化反应过程：,如果氧化反应过程发生的热量等于散失的热量，或者活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量，这个过程就称为稳定的氧化反应过程。,不稳定的氧化反应过程：,如果氧化反应过程生成的热量大于散失的热量，或者活化中心浓度增加的数量大于其销毁的数量，这个过程就称为不稳定的氧化反应过程。,由稳定的氧化反应变为不稳定的氧化反应的瞬间称为着火。（或化学反应速率很高，释放大量能量热，其中一部分以光的形式火焰表现出来，此瞬间现象称
2、为着火）。,燃气的着火：,自然着火：化学反应由于某种原因自行加速到极高的情况而着火。 强迫着火：由外界能源如点火器加入到可燃混合其中引起的着火。 支链着火：由于活化中心（H、CH、OH、O）浓度迅速增加，引起反应加速而着火的现象。 热力着火：氧化反应中的放热，除各种耗损外，仍有余两加热自身，是反应加速而着火的现象。,燃气着火的形式,热力着火的机理,假设容器内壁面温度为T0，容器内的反应物温度为T，反应物的浓度为CA、CB。那么，单位时间内容器中由于化学反应产生的热量为,热力着火的机理,单位时间内燃气与空气的混合物通过容器向外散失的热量为：,可燃混合物的热力着火过程,化学反应而发生的热量与温度T
3、的关系为指数曲线L,散热量与温度的关系是直线M,热力着火的条件,热力着火的条件,用式(2-1)和式(2-2)代入以上联立方程式可得到：,合并以上两式可得,热力着火的条件,解此二次方程式就可得到相当于切点i的着火温度：,上式中根号前只取负号，展开成级数得：,热力着火的条件,值很小，将其大于二次方的各项略去可得,上式为可燃混合物着火的条件。 可燃混合物只需从T0i加热，使其温度上升,就能着火。,第二节 燃气的点火,一、热物体点火 二、电火花点火,当一微小热源放入可燃混合物中时，贴近热源周围的一层混合物被迅速加热，并开始燃烧产生火焰，然后向系统其余冷的部分传播，使可燃混合物逐步着火燃烧。这种现象称为
4、强制点火，简称点火。,点火的定义：,一、热物体点火,点火原理分析图,火焰层单位时间内的传导热量Q1：,层内的化学反应放热量Q2 ：,热力着火和点火的基本条件：,此时热物体表面的火焰厚度为：,小火焰点火的临界条件,小火焰点火，基本原理与其他热物体一样，但由于小火焰的温度通常变化不大，所以影响其点火可靠性的关键条件是小火焰的尺寸。实验表明，扁平点火火焰的临界厚度是火焰稳定传播时焰面厚度的两倍。,影响热物体点火的因素,1、物体温度； 2、物体尺寸； 3、物体催化特性； 4、移动速度； 5、可燃混合物的热力和化学动力特性等。,二、电火花点火,电火花的点火机理: 由于产生火花时局部的气体分子被强烈激励，
5、电火花使局部气体温度急剧上升，使火花区变成灼热气态物体，成为点火源，从而使燃气着火。,点火能与电极间距的关系曲线,电火花点火的临界条件:,1、最小点火能：当电极间隙内的可燃混合物的浓度、温度和压力一定时，能点燃混合气体的电极间必要的最小放电能量就是最小点火能Emin。 2、熄火距离：无论多大的活化能量都不能点燃可燃混合气体的电极间最大距离，叫熄火距离。,点火能与电极间距的关系曲线,影响电火花点火临界条件的因素,1、浓度的影响 2、燃气性质的影响,天然气及城市燃气最小点火能的比较,第三节 火焰的传播,一、 火焰传播 二、 法向火焰传播速度的测定 三、 火焰传播浓度极限,一、 火焰传播,（一）层流
6、火焰传播机理 1、火焰传播 当可燃混合气体被点燃后，在着火处形成一层高温燃烧层，该高温燃烧层将热量和活化中心传递给相邻的可燃混合气体，将其点燃形成新的燃烧层，燃烧层这样依此向未燃的可燃混合气体传播，使每层气体都相继经历加热、着火和燃烧的过程。这种现象就称为火焰传播。,火焰传播模型,2、火焰面 未燃气体与燃烧产物的分界面称为火焰面。 3、火焰传播速度 焰面向前移动的速度称为火焰传播速度，用符号S表示，单位为m/s。 4、层流火焰传播（法向火焰传播） 当可燃混合气为静止或处于层流状态，热量以及活化中心通过分子间的传递和扩散，从可燃混合物的一层传播到相邻层时，称层流火焰传播。,水平管中的火焰传播模型
7、,（1）如S，则火焰面向气流的上游方向移动； （2）如S ，则火焰面向气流的下游方向移动； （3）如S= ，则气流速度与火焰传播速度相平衡，火焰面驻定不动。,（二）湍流火焰传播,湍流火焰,（二）湍流火焰传播,1、表面燃烧理论 认为存在皱曲的分隔已燃气与未燃气的火焰面。,2、容积燃烧理论 在强紊动下，不存在分隔已燃气与未燃气的火焰面，而是在整个火焰区交错存在已燃气和未燃气，以及燃烧气体。,形状特点： 焰面皱曲、加厚、火焰变短。 燃烧特点： 燃烧强度大、易脱火。,3、湍流火焰的特点,4、湍流火焰传播速度,4、湍流火焰传播速度,St 湍流火焰传播速度； Sl 层流火焰传播速度； F 整体湍流火焰面积
8、； F 实际的被湍流微团扭曲了的火焰面积。 则 StF=SlF 即 St=Sl（F/F）,二、法向火焰传播速度的测定,（一）静力法 使可燃混合气体静止，火焰移动，测定火焰移动速度的方法。 （二）动力法 可燃混合气体流动，火焰固定，测定火焰传播速度的方法。,（一）静力法,用静力法(管子法)测定Sn的仪器 1玻璃管 2阀门 3火花点火器 4装有惰性气体的容器,（二）动力法,本生灯：1855年由一位叫本生的人发明的燃烧器，它能从周围大气吸入一部分空气与燃气预混，在燃烧时形成不发光的蓝色火焰。部分预混的可燃气体燃烧可形成的双层火焰。,1、本生火焰法,利用本生灯的相对规则的锥形火焰测定法向火焰传播速度的
9、方法。,通过火焰内锥的流线分布情况,本生火焰法的原理：,则,法向火焰传播速度沿燃烧器截面的分布,2、平面火焰法,利用整流装置使可燃混合气流在喷嘴上速度均匀地形成平面火焰而测定法向火焰传播速度的方法。,三、 火焰传播浓度极限,（一）火焰传播浓度极限 能使火焰继续不断传播所必需的最低燃气浓度，称为火焰传播浓度下限（或低限）。 能使火焰继续不断传播所必需的最高燃气浓度称为火焰传播浓度上限（或高限）。 上限和下限之间就是火焰传播浓度极限范围。 火焰传播浓度极限又称着火浓度极限或爆炸极限。（参见附录2）,常用燃气的爆炸极限,（二）测定方法,（三）影响火焰传播浓度极限的因素,1、助燃剂 燃气在纯氧中着火燃烧时，火焰传播浓度极限范围将扩大。 2、混合物温度 提高燃气空气混合物温度，会使反应速度加快，火焰温度上升，从而使火焰传播浓度极限范围扩大。,（三）影响火焰传播浓度极限的因素,3、压力 提高燃气空气混合物的压力，其分子间距缩小，火焰传播浓度极限范围将扩大。 4、惰性气体浓度 可燃气体中加入惰性气体时，火焰传播浓度极限范围将缩小。 5、其它 含尘量、含水蒸气量以及容器形状和壁面材料等因素，有时也影响火焰传播浓度极限。,课堂练习：,计算氢气、甲烷的最大法向火焰传播速度时的过剩空气系数。,
