液体的燃烧过程及燃烧形式

1、燃烧学 液体的燃烧过程 及燃烧形式 燃烧学 液体的燃烧过程 1 液体的特性 液体的燃烧形式 燃烧学 燃烧学 【Q】为什么能闻到香味为什么能闻到香味？液体放在容器里，为什么会变少？液体放在容器里，为什么会变少？ 液体都具有挥发性，在一定温度下，液体都会液体都具有挥发性，在一定温度下，液体都会 由液态转变为气态。液体蒸发的速度取决于液体的由液态转变为气态。液体蒸发的速度取决于液体的 性质和温度。性质和温度。 燃烧学 将液将液体置于密闭容器中，体置于密闭容器中，液体表面能量大的分子液体表面能量大的分子克服邻近分子克服邻近分子 的吸引力，脱离液面进入空间的吸引力，脱离液面进入空间成为蒸气分子。成为蒸气

2、分子。蒸气分子蒸气分子由于运动由于运动撞撞 到到液体表面或器壁被凝结。液体表面或器壁被凝结。 初始状初始状态，由于空间中无蒸气分子，蒸发速度最大，凝结速度态，由于空间中无蒸气分子，蒸发速度最大，凝结速度 为零。随着蒸发过程的继续，蒸气分子增加，凝结速度增加。为零。随着蒸发过程的继续，蒸气分子增加，凝结速度增加。 燃烧学 【Q】蒸发和凝结过程会停止吗蒸发和凝结过程会停止吗？ 不会。最终，液体和气体会达到气液平衡状态。不会。最终，液体和气体会达到气液平衡状态。 这种平衡是一种动态平衡，液面分子仍在蒸发，蒸这种平衡是一种动态平衡，液面分子仍在蒸发，蒸 气分子仍在凝气分子仍在凝结结，只是蒸，只是蒸发速

3、度和凝结速度相发速度和凝结速度相等。等。 燃烧学 蒸发热蒸发热 液体蒸发过程中，失去高能量分子使液体分子平均动能液体蒸发过程中，失去高能量分子使液体分子平均动能 较小，液体温度逐渐降低。较小，液体温度逐渐降低。液体要保持原有温度，必须从外液体要保持原有温度，必须从外 界吸热。界吸热。 使液体在恒温恒压下汽化或蒸发所必须吸收的热量，即使液体在恒温恒压下汽化或蒸发所必须吸收的热量，即 为为液体的汽化热或蒸发热。液体的汽化热或蒸发热。 燃烧学 蒸发热一方面用于增加液体分子动能来蒸发热一方面用于增加液体分子动能来克服分子间引力克服分子间引力使使 分子逸出液面进入气态，另一方面用于分子汽化时分子逸出液面

4、进入气态，另一方面用于分子汽化时体积膨胀所体积膨胀所 做的功做的功。 因因此，不同分子因分子间引力不同，其蒸发热也不同。一此，不同分子因分子间引力不同，其蒸发热也不同。一 般地说，般地说，液体分子间引力越大，其蒸发热越大。液体分子间引力越大，其蒸发热越大。 燃烧学 饱和蒸气压饱和蒸气压 在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气 所具有的压力即为所具有的压力即为饱和蒸气压饱和蒸气压。 液液体的饱和蒸气压与体的饱和蒸气压与液体的性质液体的性质和和温度温度有关。相同温度有关。相同温度 下，液体分子间引力越强，蒸气压越低；同一液体，温度不下，液体

5、分子间引力越强，蒸气压越低；同一液体，温度不 同时，温度升高，饱和蒸气压增大。同时，温度升高，饱和蒸气压增大。 燃烧学 液体的沸点液体的沸点 是指液体的饱和蒸气压与外界压力相等时的温度。是指液体的饱和蒸气压与外界压力相等时的温度。在此在此 温度时，汽化在整个液体中进行，即为温度时，汽化在整个液体中进行，即为沸腾沸腾；而在低于此温；而在低于此温 度时的汽化，仅在液面上进行。度时的汽化，仅在液面上进行。 因此，液体沸点与外界气压密切相关，因此，液体沸点与外界气压密切相关，液体沸点随外界液体沸点随外界 气压升高而升高。气压升高而升高。 燃烧学 液体的沸液体的沸点和蒸发热点和蒸发热 水在不同压强下的沸

6、点水在不同压强下的沸点 压强压强/Pa沸点沸点/ 6494188 101325100 202650119.6 1013250179 燃烧学 液体的燃烧过程 1 液体的特性 液体的燃烧形式 2 燃烧学 任何液体都能在任何温度下蒸发形成蒸气并与空气或氧气任何液体都能在任何温度下蒸发形成蒸气并与空气或氧气 混合扩散，当达到爆炸极限时，遇点火源发生燃烧或者爆炸，混合扩散，当达到爆炸极限时，遇点火源发生燃烧或者爆炸， 因此因此液体的燃烧主要是以气相形式进行液体的燃烧主要是以气相形式进行，其燃烧历程为，其燃烧历程为 轻质液体燃烧过程轻质液体燃烧过程 燃烧学 轻质液体的蒸发纯属物理过程，液体分子只要吸收一定

7、能量轻质液体的蒸发纯属物理过程，液体分子只要吸收一定能量 克服周围分子的引力即可进入气相并进一步氧化分解，发生燃烧。克服周围分子的引力即可进入气相并进一步氧化分解，发生燃烧。 通常情况下，其燃烧过程为通常情况下，其燃烧过程为 着火初期，液面着火初期，液面 温度不高，蒸发速度温度不高，蒸发速度 慢，燃烧速度低，产慢，燃烧速度低，产 生的火焰不高。生的火焰不高。 火焰热辐射使液面温火焰热辐射使液面温 度升高，蒸发速度加快，度升高，蒸发速度加快， 燃烧速度和火焰高度增大，燃烧速度和火焰高度增大， 直至液体沸腾，烧完为止直至液体沸腾，烧完为止 持续持续 燃烧燃烧 重质液体燃烧过程重质液体燃烧过程 燃烧

8、学 重质液体的蒸发，除了有相变的物理过程外，在高温下还伴重质液体的蒸发，除了有相变的物理过程外，在高温下还伴 随有化学裂解。重质液体的各组分沸点、密度和闪点等相差很大，随有化学裂解。重质液体的各组分沸点、密度和闪点等相差很大， 燃烧速度一般先快后慢燃烧速度一般先快后慢。 轻轻质先蒸发先燃烧，重质液体沉降，蒸发速度降低导致燃烧质先蒸发先燃烧，重质液体沉降，蒸发速度降低导致燃烧 速度减小。随着燃烧进行，温度升高，热辐射加快液体燃烧。速度减小。随着燃烧进行，温度升高，热辐射加快液体燃烧。 燃烧学 液体的燃烧过程 液体的特性 液体的燃烧形式 2 3 燃烧学 蒸发燃烧蒸发燃烧 是指可燃液体受热后是指可燃

9、液体受热后边蒸发边与空气混合扩散、边燃烧边蒸发边与空气混合扩散、边燃烧， 呈现火焰的气相燃烧形式。呈现火焰的气相燃烧形式。 常压下液体自由表面的燃常压下液体自由表面的燃 烧（池状燃烧）烧（池状燃烧） 边蒸发扩散边氧化燃烧，燃烧边蒸发扩散边氧化燃烧，燃烧 速度较慢且稳定速度较慢且稳定。闪点较高的液体。闪点较高的液体 呈池状不太容易点燃，一般吸附在呈池状不太容易点燃，一般吸附在 灯芯上点燃。灯芯上点燃。 燃烧学 液体的喷流式燃烧液体的喷流式燃烧 在压力作用下，从容器在压力作用下，从容器 或管道内喷射出来的液体呈或管道内喷射出来的液体呈 喷流式燃烧。液体在喷流过喷流式燃烧。液体在喷流过 程中，分子具

10、有较大动能，程中，分子具有较大动能， 喷出后迅速蒸发扩散，燃烧喷出后迅速蒸发扩散，燃烧 速度快，火焰高。速度快，火焰高。 燃烧学 动力燃烧（预混燃烧）动力燃烧（预混燃烧） 可燃液体的蒸气、低闪点液雾预先与空气（或氧气）混可燃液体的蒸气、低闪点液雾预先与空气（或氧气）混 合，遇火源产生带有冲击力的燃烧。合，遇火源产生带有冲击力的燃烧。 快快速喷出的低闪点液雾，由于蒸发面积大、速度快，在速喷出的低闪点液雾，由于蒸发面积大、速度快，在 与空气进行混合的同时即已形成可燃混合气体，遇点火源就与空气进行混合的同时即已形成可燃混合气体，遇点火源就 产生动力燃烧，使未完全汽化的小雾滴产生动力燃烧，使未完全汽化

11、的小雾滴在高温下立即参与燃在高温下立即参与燃 烧。烧。 燃烧学 沸溢式和喷溅式燃烧沸溢式和喷溅式燃烧 初沸点：初沸点：原油中密度最小的烃类沸腾时的温度。原油中密度最小的烃类沸腾时的温度。 终沸终沸点：点：原油中密度最大的烃类沸腾时的温度。原油中密度最大的烃类沸腾时的温度。 沸程：沸程：不不同密度不同沸同密度不同沸点的所有成分转变为蒸气的最低和点的所有成分转变为蒸气的最低和 最高沸点的温度范围。单组分液体只有沸点无沸程。最高沸点的温度范围。单组分液体只有沸点无沸程。 燃烧学 沸程较宽的混合液体沸程较宽的混合液体，如，如原油原油、蜡、蜡油、沥青油、沥青、润滑油等、润滑油等， 由于没有固定的沸点，在

12、燃烧过程中，火焰向液面传递的热量由于没有固定的沸点，在燃烧过程中，火焰向液面传递的热量 首先使低沸点组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质首先使低沸点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，逐渐渗入并加热冷的液层。这一现象的锋面向液体深层传播，逐渐渗入并加热冷的液层。这一现象 称为液体的热波特性，热的锋面称为热波称为液体的热波特性，热的锋面称为热波。 燃烧学 沸溢燃烧沸溢燃烧：原油粘度比较大，且含有一定量的水分。原油原油粘度比较大，且含有一定量的水分。原油

13、 中的水一般以乳化水和水垫两种形式存在。中的水一般以乳化水和水垫两种形式存在。 乳化乳化水水是指在原油开采过程中，原油中的水由于强力搅拌是指在原油开采过程中，原油中的水由于强力搅拌 形成细小的水珠悬浮于油中。放置久后，油水分离，水因密度形成细小的水珠悬浮于油中。放置久后，油水分离，水因密度 大沉降在底部形成大沉降在底部形成水垫水垫。 燃烧学 热波在向液体深沉运动热波在向液体深沉运动 中，由于热波温度远高于水中，由于热波温度远高于水 的沸点，因而使乳化水汽化，的沸点，因而使乳化水汽化， 大量的水蒸气形成气泡穿过大量的水蒸气形成气泡穿过 油层向液面逸出，使液面猛油层向液面逸出，使液面猛 烈沸腾起来

14、，即为烈沸腾起来，即为沸溢沸溢。 燃烧学 喷溅燃烧喷溅燃烧：随着燃烧的进行，当热波达到水垫时，水垫的随着燃烧的进行，当热波达到水垫时，水垫的 水大量蒸发，蒸汽体积迅速膨胀，把水垫上面的液体层抛向空水大量蒸发，蒸汽体积迅速膨胀，把水垫上面的液体层抛向空 中燃烧。中燃烧。 燃烧学 喷溅发生的时间喷溅发生的时间 式式中：中：t预计发生喷溅的时间预计发生喷溅的时间(h) ；H储罐中油面高度储罐中油面高度 (m)； h储罐中水垫层的高度储罐中水垫层的高度(m)；vt原油燃烧线速度原油燃烧线速度(m/h)； v1原油的热波传播速度原油的热波传播速度(m/h)；K提前系数，储油温度低于燃提前系数，储油温度低于燃 点取点取0，高于燃点取，高于燃点取0.1(h/m)。 KH vv h-H t t 1 【例例】已知某油罐储存原油已知某油罐储存原油10000t，油温，油温30，发生了，发生了 火灾，罐内有火灾，罐内有40根立柱，每根立柱横截面积根立柱，每根立柱横截面积0.25m2，罐长，罐长 48m宽宽48m，原油密度，原油密度0.9t/m3，含水量，含水量1%，原油燃烧线速，原油燃烧线速 度度0.1m/