燃烧学—第3章1

1、燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系1燃烧学 燃烧学燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系2第第3 3章章 着火和灭火理论着火和灭火理论 着火分类和着火条件着火分类和着火条件 谢苗诺夫热自燃理论谢苗诺夫热自燃理论 弗兰克卡门涅茨基热自燃理论弗兰克卡门涅茨基热自燃理论 链锁自燃理论链锁自燃理论 强迫着火强迫着火 灭火分析灭火分析 燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3第第3 3章章 着火和灭火理论着火和灭火理论 3.1 着火分类和着火条件着火分类和着火条件 3.1.1 着火分类着火分类 可燃物的着火方式，一般分为下列几类：可燃物的着火方式，一般分为下列几类

2、： 化学自燃化学自燃 热自燃热自燃 点燃（或称强迫着火）点燃（或称强迫着火） 3.1.2 着火条件着火条件 着火着火: :是指直观中的混合物反应自动加速，并自动升温以至引起是指直观中的混合物反应自动加速，并自动升温以至引起空间某个局部最终在某个时间有火焰出现的过程。空间某个局部最终在某个时间有火焰出现的过程。燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系4v 着火条件着火条件是：如果在一定的是：如果在一定的初始条件初始条件下，系统将不能下，系统将不能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过度过程，使系统在某个瞬间达现一

3、个剧烈的加速的过度过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就是着火条件是着火条件 0),(0udPhTf：着火条件的函数表达式T0-环境温度；环境温度；h-对流换热系数；对流换热系数；p-预混气压力；预混气压力；d-容器直径；容器直径；u-环境气流速度环境气流速度TWs反应速度着火过程燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系53.2 谢苗诺夫热自燃理论v 谢苗诺夫自燃理论谢苗诺夫自燃理论v 谢苗诺夫自燃理论的应用谢苗诺夫自燃理论的应用v 谢苗诺夫自燃理论的局限性谢苗诺夫自燃理论的局限性1.基本思想：基本思想：

4、某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反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，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。着火燃烧。燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系62. 物理模型设设 容器体积：容器体积：V容器表面积：容器表面积：S环境温度：环境温度：T0对流换热系数：对流换热系数：h 容器内部装入预混燃气，容器内部装

5、入预混燃气，气体温度、浓度均匀。气体温度、浓度均匀。rTT00燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系73. 理论分析 化学反应速率化学反应速率 热生成速率热生成速率 散热速率散热速率 系统升温速率系统升温速率RTEbBaAeCCQVkq/01)(02TTSqRTEbBaAeCCkw/0dtdTCVqq21CVqqdtdT21 燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系8 放热和散热曲线相切于放热和散热曲线相切于B点点自自燃的临界状态燃的临界状态 TB自燃温度（自燃点）自燃温度（自燃点） T02自燃临界环境温度自燃临界环境温度 Ta,crTq 1q 2q T01ACBT02T

6、03T21qq TaTBTcT01T02T03tTT01TaT03TBT02燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系9 着火的临界条件：着火的临界条件：2条曲线相切于条曲线相切于B点。点。21qq dTdqdTdq2100TTSeCCQVKBRTEBABSeRTECCQVKBRTEBBA20ERTTTBB20 2式相除，有ERTRERETB04122ERTTETRERTRERETB2002202022122约为2010 ,200ERTTTTB燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系10ERTSEeCCQVKERTTREBA20020000TTSeCCQVKBRTEBAB，代

7、入将ERTTTB200 0002001TERTTERTT热自燃的条件 , 10200RTEBAeSRTECCQVK常数不是可燃物的固有物理因素）热力学因素；流体力学BTTfSVCEQkfT,() ;,(000燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系11Tq 1q 2q Tq 2q 改变散热条件改变散热条件降低降低增加放热增加放热增加增加P4. 改变体系自燃状态的方法改变体系自燃状态的方法燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12二、谢苗诺夫自燃理论的应用 着火感应期着火感应期 着火极限着火极限 浓度极限浓度极限 压力极限压力极限 温度极限温度极限燃烧学-第三章中国矿业大学

8、能源学院安全与消防工程系131. 着火感应期着火感应期 （也称为着火延迟时间、诱导期）（也称为着火延迟时间、诱导期）Tq 1q 2q T01BT02T03tTT01TaTBT02T03定义：体系的温度从定义：体系的温度从T0自发升高到自发升高到TB所需的时间所需的时间fBfCCW0)()(000TTCVCCQVBVfBf0/000RTEboxafeCCkWoRTEboxafBVeCCQkTTC/00000)(燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系142. 爆炸极限爆炸极限 爆炸浓度极限爆炸浓度极限 如：甲烷如：甲烷/空气：空气：515% 爆炸压力极限爆炸压力极限如：甲烷如：甲烷/空

9、气：小于空气：小于0.065MPa，不爆炸，不爆炸 爆炸温度极限爆炸温度极限如：甲烷如：甲烷/空气：小于空气：小于690，不爆炸，不爆炸燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系15 在自燃临界状态：在自燃临界状态： 两边取对数、整理，两边取对数、整理， 得：得：谢苗诺夫方程谢苗诺夫方程10200RTEBAeSRTECCQVK 设反应物总摩尔浓度为设反应物总摩尔浓度为C， 即即CCACB xA表示燃料的摩尔分数，表示燃料的摩尔分数，xB为空气（氧）摩尔分数为空气（氧）摩尔分数AACxCBBCxCRTPCc10402210RTEBAceSRTxxEPQVKK)1 (ln212ln1002

10、0BAcxExQVKKSRRTETP)1 (ln21ln020AAcxxBTATPBTATPc020ln燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系16谢苗诺夫方程谢苗诺夫方程T0PcPcT0着火 Pc与与T0关系（关系（ xA不变）：不变）：)1 (ln21ln020AAcxxBTATP燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系17T0100% xAT0 x1x2 存在爆炸的存在爆炸的浓度极限浓度极限 温度升高，浓度极限范围增温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。大，反之减小。 温度下降至某一值，系统失温度下降至某一值，系统失去爆炸性去爆炸性存在爆炸存在爆炸的的温度极限温度极限 着火 T0与与xA的关系（的关系（ Pc不变）：不变）：甲烷（%）自燃点（）燃烧学-第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系18 Pc与与xA的关系（的关系（ T0不变）：不变）：Pc100% xAPcx1x2 存在爆炸的存在爆炸的浓度极限浓度极限 压力升高，浓度极限范压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。围增大，反之减小。 压力下降至某一值，系压力下降至某