浓缩燃烧学

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1、第3章1简述谢苗诺夫热自燃理论，并从理论上分析着火条件。 某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反应， 反应产生的热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散 热时，体系的温度升高，化学反应速度加快，产生更多的 热量，反应体系的温度进一步升高，直至着火燃烧。 理论分析（放热速度Q（1）- Q（2）=V CdT/dt2在自由基链锁着火理论中，着火的条件是什么？基于该 理论，灭火的措施有哪些？并说明这些措施的灭火作用机 理。链分支速率大于链终断速度（注意：链分支速率等于 链终断速度时不能引起着火）灭火作用机理:1）降低系统温度，以减慢自由基增长速 度（自由基增长的过程需要吸收能量，温度高自由基增

2、长 块，相反则增长慢）2）增加自由基在固相器壁销毁速度 （二者相碰时自由基会将自己大部分能量传递给固体器 壁，本身结合成稳定分子，加入惰性固体颗粒）3）增加 自由基在气相中的销毁速度（自由基在气相中遇到稳定分 子会将自己的大部分能量传递给它，自己结合成稳定分 子，卤代烷灭火剂就是这个原理）3. Frank-Kamenetski自燃理论：体系是否达到稳态温度 分布就成为判断物质体系能否自燃的依据。固体自燃临界 准数6 cr仅仅取决于体系的外形。自燃准数&与可燃物 尺寸的平方成正比与温度的平方成反比。应用：利用此理 论并辅以一定试验手段，可以研究各种物质体系发生自然 的条件借用此法我们可以通过小规

3、模试验来确定大量堆 积固体发生自燃的条件，为预防堆积固体自燃和确定自燃 火灾的原因提供坚实的理论依据。4. 下列现象或实验结果可用哪种着火理论解释？（1）可燃气体爆炸存在浓度极限；（谢苗诺夫）（2）可燃物燃烧或爆炸存在着火感应期；（谢苗+链式）（3）氢气/氧气体系有三个着火极限；（链式自然理论）（4）当可燃气体的压力低于某一极限压力时，不能燃烧或 爆炸；（谢）（5）卤代烷有很好的灭火效能。（链式论）5. 自由基链式理论解释H/O体系的三个爆炸极限:1）保持系统温度不变而降低压力，P点则向下垂直移动 自由基器壁消毁（为主）速度加快,当压力下降到某一数 值后，f g,申 0 ,（第一极限）2）保持

4、系统温度不变而升高压力，P点则向上垂直移动 自由基气相消毁（为主）速度加快,当压力身高到某一数 值后，f g，W 0 （第二极限）3）压力再增高，又会发生新的链锁反应，导致自由基增 长速度增大，于是又能发生爆炸（第三极限）6. 强迫着火（复杂）和自燃不同之处:a强迫着火仅仅在 混气局部（点火源附近）中进行，而自发着火则在整个混 气空间进行。b自发着火是全部混合气体都处于环境温度 T0包围下，由于反应自动加速，使全部可燃混合气体的 温度逐步提高到自燃温度而引起。强迫着火时，混气处于 较低的温度状态，为了保证火焰能在较冷的混合气体中传 播，点火温度一般要比自燃温度高得多。c可燃混气能否 被点燃，不

5、仅取决于炽热物体附面层内局部混气能否着 火，而且还取决于火焰能否在混气中自行传播。高温质点 引燃可燃混合气体的条件:炽热物体温度升高,点燃成功。7. 电火花引燃着火机理:一是着火的热理论，它把电火花 看作为一个外加的高温热源；二是着火的电理论，火花部 分的放电气体被电离（低温时为主）而形成活性中心，提 供进行链锁反应的条件，由于链锁反应的结果使混合气燃 烧起来。影响因素:1）热熔越大，最小引燃能越大，混气不容易 引燃，因为热熔打，混气升温时吸收的热量多2）导热系 数K越大，最小引燃能越大，混气不容易引燃，因为火花 能量被迅速传导出去，使与火花接触的混气温度不易升 高.3）燃烧热大，最小引燃能小

6、，混气容易引燃4）混气 压力大，即密度大,最小引燃能小，表明混气容易引燃（5） 混气初始温度高，最小引燃能小，混气容易引燃6）混气 活化能E大，最小引燃能大，混气不容易引燃。必要条件：电极距离熄火距离；放电能量最小引燃能第四章1. 预混可燃气燃烧波传播存在的两种方式：缓燃和爆震 缓燃传播特躺 依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升 高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播；传播 速度一般不大于13m/s；传播稳定，条件一定，速度定。 爆震（爆轰）传播机理:传播不是通过传热、传质发生的， 它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高 而引起化学反应的，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推 进。

7、传播速度很高，常大于1000m/s,超音速；传播过程 也是稳定的。4. 影响层流预混火焰传播速度的主要因素：a燃料/氧化 剂比值；b燃料结构；c压力；d混合物初始温度；e火焰 温度；f惰性添加剂；活性添加剂。5可燃气体爆炸参数及测量方法:1）爆炸压力：Pm：某 种可燃气体在某一浓度的最大爆炸压力；2）爆炸最大压 力：Pmax：某种可燃气体在一个大浓度范围内的最大爆炸 压力3）升压速度：某种可燃气体在一浓度时的升压速度4）最大升压速度：某种可燃气体在一个大的浓度范围内 的最大升压速度5）爆炸指数Km； 6）最大爆炸指数Kmax： 7）扰动指数tv （点燃延迟时间）：tv开始注入空气一 可燃气体和

8、启动点火源之间的时间间隔8）扰动指数Tu 测量方法：试验方法分为动静态可燃气体爆炸试验两种5. 爆炸极限主要影响因素：1）初始温度（爆炸性混合物 初始温度越高，则爆炸极限范围越大）；2）初始压力（一 般压力增大,爆炸极限增大，压力降低爆炸极限范围变小， 压力降至临界压力以下则不爆炸，压力对爆炸上限的影响 十分显著，但对下限影响较小）；3）惰性介质即杂质（上 限影响大（混合物中含惰性气体的百分数增加，爆炸极限 范围变小，提高到某一个值则不爆炸）；4）容器（材质 和尺寸对爆炸都有影响，尺寸太小则不能发生爆炸（直径 小，爆炸范围小）；5）点火能源（热表面的面积，火源 与混合物的接触时间等对爆炸极限都

9、有影响）&爆轰的发生过程与本质:开始的燃烧波是正常的火焰传 播，在正常火焰的影响下，温度升高，体积膨胀，压缩未 燃气体，产生一系列的压缩波，向未燃气体传播，压缩波 重叠在一起形成激波，激波后面的压力非常高，使未燃混 气着火，正常火焰与激波引起的燃烧合二为一，激波后的 已燃气体又连续的向前传递一系列的压缩波，并不断提供 能量以阻止激波强度的衰减，从而形成爆轰。7.形成爆轰要具备条件:1）初始正常火焰传播能形成压 缩扰动2 ）管子要足够长或者自由空间的预混气体体积要 足够大（压缩波形成激波是一个过程，所以要有一定的距 离）3）可燃气要浓度要处于爆轰极限范围内（4）管子 直径大于爆轰临界直径（管子直

10、径越小，火焰的热损失越 大，自由基器壁销毁越严重，火焰传播速度越慢）。&预防和控制可燃气体爆炸的方法:1）严格控制火源（2） 防止预混可燃气体的产生（3）用惰性气体预防气体爆炸（4）用阻火装置防止爆炸传播（5）用爆轰抑制器抑制爆 炸（6）用泄压装置保护设备，防止爆炸灾害的扩大，减 少损失（7）用爆炸抑爆装置抑制爆炸。9. 阻火隔爆装置：安全水封、阻火器和单向阀。爆轰抑 制器消焰径（或消焰直径）是设计阻火器的重要参数。 消焰径是指使混合气体着火时，不传播火焰的管路临界直 径。通过金属网阻火器的火焰，由于与网面接触，火焰中 的部分活性基团（自由基）失去活性而销毁，使链式自由 基反应中止。10湍流燃

11、烧特点:火焰长度短，厚度较厚，发光区模糊, 有明显噪音等。燃烧强化，反应率增大。比层流燃烧速度快的原因：（1）湍流可能使火焰面弯曲 皱折，增大了反应面积。2）湍流增加热量和活性物质的 输运速率，从而增大了垂直于火焰面的燃烧速度；3）湍 流可以快速地混合已燃气和未燃新鲜可燃气，使火焰在本 质上成为均混反应物，从而缩短混合时间，提高燃烧速度。11. 气流速度和管子横截面积在扩散火焰中影响火焰的高 度:随着流速（或Re数）的增加，焰锋高度几乎成线性 增高，直达到最大值；此后，流速的增加将使火焰焰锋顶 端变得不稳定，并开始颤动。随着流速进一步的提高，这 种不稳定现象将逐步发展为带有噪音的湍流刷状火焰。

12、由 于湍流扩散，燃烧加快，迅速地使火焰的高度缩短。速度若再进一步提高，火焰的高度保持一个定值，但火焰 的噪音却会继续增大，火焰的亮度亦会继续减弱。最后在 某一速度下火焰会吹离喷管口。12. lmol可燃气完全燃烧所需氧气摩尔数越大，扩散火 焰高度越高，环境中氧浓度越低，扩散火焰高度越高的原 因：扩散层流火焰高度与氧和可燃气的化学当量比有关。第五章1. 液体燃烧形式:按液体燃料蒸发与汽化的特点，可分为：1）液面燃烧（2）灯芯燃烧（3）蒸发燃烧（如液化石油 气灶具）；4）雾化燃烧（液体燃烧主要形式）2. 饱和蒸汽压:饱和蒸汽（单位时间从液体表面逸出的分 子数等于返回液面的分子数，此时的蒸汽称为饱和

13、蒸汽） 所产生的压力。静蒸发：液体在容器中处于静止状态，液 面空气（或其他气体）不流动时液体的蒸发动蒸发：液体在流动的气流中分散为细小的颗粒的蒸发。3. 闪燃: T小，蒸发慢，蒸发浓度（下限，点不着；T增大； 在可燃液体的上方。蒸汽与空气的混合气体遇火源发生一 闪即灭的瞬间燃烧现象。液体发生闪燃原因:其表面的温 度不高，蒸发速度小于燃烧速度，蒸发来不急补充被烧掉 的蒸汽，而仅能维持一瞬间的燃烧。消防意义：可为可燃 液体火灾危险等级分类，甲类（闪点60,柴油65。4. 有机液体的闪点变化规律：1）同系物闪点随分子量增加 而升高。2）同系物闪点随沸点的升高而升高，3）同系物 闪点随比重的增大而升高

14、。4）同系物闪点随蒸气压的降 低而升高，5）同系物中正构体比异构体闪点高。它和碳 原子数相同的异构体中，支链数增多，造成空间障碍增大 使分子间距离变远，从而使分子间力变小，闪点下降。6. 爆炸温度极限：根据蒸汽压理论，对特定的可燃液体， 饱和蒸汽压与温度一一对应，蒸气爆炸浓度上、下限所对 应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限。用其分析火灾危险性：1）凡爆炸温度下限（t下）小于最 高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均能发生 爆炸；2）凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液 体，其蒸气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸；（3） 凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其咆 和

15、蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气 与空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。7. 大气层压力对液体爆炸温度极限的影响：压力升高,闪 点高，使爆炸温度上下限升高，反之则下降，这主要是因 为总压力升高时，为使蒸汽浓度达到爆炸浓度极限，需要 相应地增加蒸汽压力。& d 2 -K t直径平方定律蒸发常数t时间9. 油品的燃烧速度（取决于液体蒸发速度）与容器直径的 关系：1当直径很小的时候，所以速度与直径近似成正比 的关系。2当直径很大时，所以有速度与直径近似无关系。 结合火焰向液体传热的机理（灭火）：外部与液体的热交 换过程，泡沫灭火剂减少热流量，防止液体蒸发。10. 液体温度对液面火焰传播

16、速度的影响:开始时可燃液 体液面火的蔓延速度随初温的增高而加快;当温度超过某 个值之后，液面火的蔓延速度趋于某个常数。11. 什么叫做热波，热波是如何形成的？什么叫做沸溢？ 什么叫做喷溅？分别简要说明沸溢和喷溅的形成条件和 形成过程，并说明它们有什么相同点和不同之处？ 热波：在燃烧的过程中，火焰向液面传递的热量首先使低 沸点的组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质部 分，则携带在表面接受的热量向液体深层沉降，形成一个 热的锋面向液体深层传播，逐渐深入并加热冷的液面，这 一现象称为液体的热播特性，热的锋面。热波的形成:火灾形成后火焰加热液面，液面液体蒸发， 低沸点液体先蒸发，高沸点组份形成高温重质微团，高温 重质微团下沉，对流换热，将热量向下传递，形成热波。 沸溢：在热波向液体深层