燃烧学复习资料整理 中国矿业大学

1、燃烧学复习提纲第一章1、燃烧的本质及燃烧的条件（充分条件及必要条件）、燃烧三角形；答：燃烧的本质：所谓燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。 燃烧的条件：充分条件：可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点火源要有一定的温度和足够的能量。 必要条件：可燃物、助燃物、点火源。 燃烧三角形：可燃物、氧气、点火源。2、理论空气量、理论烟气量、过量空气系数；答：理论空气量：是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气需要量。固体：气体： 理论烟气量：固体：气体： 过量空气系数：实际空气需要量通常大于理论空气需要量。过量空气系数1时，燃料与空气量比称为

2、化学当（计）量比1时，实际空气量多于理论空气量，才能保证完全燃烧气态可燃物1.021.2；液态可燃物1.11.3；固态可燃物1.31.7。 原因：燃料与空气的混合不均匀3、燃烧相关计算（燃烧空气量、烟气量及其组成的计算）。答：见习题合集。第三章1、可燃物的着火方式（自燃、点燃）、着火条件的定义答：自燃：可燃物在无外部火源作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的燃烧的现象。 点燃：可燃物局部受到火花、炽热物体等高温热源的强加热作用而着火，然后依靠燃烧波传播到真个可燃烧中。 着火条件：如果在一定的初始条件下，系统将不能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过度过程，使系统在

3、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是着火条件。正确理解着火条件：、达到着火条件只是具备了着火的可能；、着火条件指的是系统初始应具备的条件；、着火条件是多种因素的总和。2、谢苗诺夫着火理论的核心思想及临界判据、如何应用谢苗诺夫理论提出的可燃物着灭火的技术措施；答：核心思想：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。 临界判据：放热大于散热，热量积聚，温度上升，反应速度上升，系统最终着火；放热小于散热，热量散失，温度下降，反

4、应速度下降，系统最终不着火。 着灭火措施：着火：降低；增加P；提高T0; 灭火：减小；降低P；减小T0。3、卡门茨基着火理论及其临界判据、链锁反应理论的核心及其临界判据，氢氧混合物的着火半岛现象。答：卡门茨基着火理论及其临界判据：理论：自热体系能否着火，取决于该体系能否得到稳态温度分布。临界判据：若能得到稳态温度分布，则系统不会着火；若不能得到稳态温度分布，则系统会着火。 链锁反应理论的核心及其临界判据：核心：链链锁反应理论认为，反应的自动加速不一定要靠热量的积累，也可以通过链锁反应逐渐积累自由基的方法使得反应自动加速，直至着火；系统中自由基数目能否发生积累是链锁反应的关键，是反应过程中自由基

5、增长因素与消毁因素相互作用的结果。临界判据：在的情况下，自由基数目不能积累，反应速率不会自动加速，反应速率随着时间的增加只能趋势某一微小的定值，因此，系统不会着火；在的情况下，自由基数目积累，随着时间的增加，反应速率呈指数级加速，系统会发生着火；在的情况下，反应速率随时间增加呈线性加速，系统处于临界状态。 氢氧混合物的着火半岛现象：假设在第一、二极限之间的爆炸区内取一点P保持系统温度不变而降低压力，P点则向下垂直移动，由于压力较低、自由基扩散速度加快，自由基器壁消毁速度加快，当压力下降到某一数值后，。-第一极限保持系统温度不变而升高压力，P点则向上垂直移动，由于压力较高，增大了自由基扩散过程中

6、与气相稳定分子的碰撞，自由基气相消毁速度加快，当压力增加到某一数值后，。-第二极限压力再增高，将会引起新的链锁反应：导致自由基增长速度增大，于是又能发生爆炸。-第三极限4、三种自燃理论的适用对象、条件及范围，相互的异同点。答：适用于气体混合物，可以认为体系内部温度均一；对于比渥数Bi较小的堆积固体物质，也可认为物体内部温度大致相等；不适用于比渥数Bi大的固体。适用于比渥数Bi大的固体（物质内部温度分布的不均匀性）。反应中存在自由基。5、点燃与自燃的异同，常用的点燃方式的临界判据。答：点燃与自燃的异同：自燃：可燃物在无外部火源作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的燃烧的现象。点燃：可燃物局部受到

7、火花、炽热物体等高温热源的强加热作用而着火，然后依靠燃烧波传播到真个可燃烧中。 常用的点燃方式的临界判据：炽热物点燃：电火花点燃：存在最小点火能。6、可燃系统灭火过程的S型特点。答：第四章1、气体燃烧状态图及各区域的燃烧特点；答：（，1/）是初态通过（，1/）点，将平面分成四个区域。过程的终态只能发生在、区，不可能发生在、区交点A、B、C、D、E、F、G、H等是可能的终态。区域（）是爆震区，而区域（）是缓燃区。区域（），1/，即经过燃烧后气体压力增加、燃烧后气体密度增加、燃烧以超音速传播（M1）。 区域（），1/1/，即经过燃烧后气体压力减小或接近不变、气体密度减小、燃烧以亚音速进行（M1）。

8、2、火焰锋面的结构及其特点、层流火焰锋面的简化计算；答：火焰锋面的结构：一层一层的混合气依次着火，薄薄的化学反应区开始由点燃的地方向未燃混合气传播，它使已燃区与未燃区之间形成了明显的分界线，称这层薄薄的化学反应发光区为火焰前沿（锋面）；火焰前沿的厚度是很薄的，只有十分之几毫米甚至百分之几毫米，分析问题中可将其看作“几何面”（锋面）。 火焰锋面的特点：火焰前沿可分为两部分：预热区和化学反应区；火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。3、可燃气体爆炸极限确定的几个方法、混合气体爆炸极限计算；答：方法：通过1摩尔可燃气在燃烧反应中所需氧原子的摩尔数（N）计算有机可燃气爆炸极限（体积百分数）利用可燃气体在空

9、气中完全燃烧时的化学计量浓度计算有机物爆炸极限注：该式适用于以饱和烃为主的有机可燃气体，但不适用于无机可燃气体。通过燃烧热计算有机可燃气的爆炸下限多种可燃气体组成的混合物爆炸极限的计算（莱夏特尔公式）P1、P2、P3混合气中各组分的体积百分数，%N1、N2、N3混合气中各组分的爆炸极限，%注意：应用莱夏特尔公式时，组成混合气体的各组分之间不得发生化学反应。含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算方法如果可燃混气中含有惰性气体，如N2、CO2等，计算其爆炸极限时，仍然利用莱夏特尔公式但需将每种惰性气体与一种可燃气编为一组，将该组气体看成一种可燃气体成分。该组在混合气体中的体积百分含量为该组中惰性气体

10、和可燃气体体积百分含量之和。而该组气体的爆炸极限可先列出该组惰性气体与可燃气的组合比值，再从图中查出该组气体的爆炸极限，然后代入莱夏特尔公式进行计算。4、可燃气体爆炸浓度极限三角坐标图的应用；答：三角坐标表示方法：三角形的每条边作为一种组分的坐标；三个顶点表示一种纯组分；每边上的任一点表示由该边连接的两种组分组成；三角形内任一点表示三元系统的任一组成；Q点的每一组分在系统中的浓度可通过该点作顶点；对边的平行线，与该组分坐标线的交点表示。三角坐标性质性质1：直线MN上的任一点所表示的混合物中的F组分含量相同。性质2：直线 FP 上的任一点所表示的混合物中 S 、I 组分的比值（S%/I%）相同。

11、推论：在Q点所表示的混合物中加入 F 组分，则 Q 点沿 PF 直线向F点移动。F-S-I体系爆炸浓度极限图，以可燃气氧气氮气体系为例5、爆轰的形成机理、形成过程及条件。答：形成过程和机理：现有一根装有可燃预混合气的长管，管子一端封闭，在封闭端点燃混合气，形成一燃烧波。开始的燃烧波是正常火焰传播，由正常火焰传播产生的已燃气体，由于温度升高，体积会膨胀。体积膨胀的已燃气体就相当于一个活塞燃气活塞，压缩未燃混合气，产生一系列的压缩波，这些压缩波向未燃混合气传播，各自使波前未燃混合气的、P、T发生一个微小增量，并使未燃混合气获得一个微小的向前的运动速度，因此，后面的压缩波波速比前面的大。当管子足够长

12、时，后面的压缩波就有可能一个赶上一个，最后重叠在一起，形成激波。激波一旦形成，激波后面的压力非常高，使未燃混合气着火，经过一段时间后，正常火焰传播就与激波引起的燃烧合二为一，爆轰发生。激波后的已燃气体又连续向前传递一系列压缩波，并不断提供能量以阻止激波强度的衰减，从而得到一稳定的爆轰波。形成条件：1、初始正常火焰传播能形成压缩扰动2、管子要足够长或自由空间的预混气体积要足够大：爆轰前期间距：正常火焰峰与爆轰形成位置之间的距离称爆轰前期间距。对于光滑的管子，该爆轰前期间距为管径的数十倍。对于表面粗糙的管子，爆轰前期间距为管径的24倍。3可燃气浓度要处于爆轰极限范围内：爆轰极限范围一般比爆炸极限范

13、围要窄4管子直径大于爆轰临界直径：管子能形成爆轰的最小直径称爆轰临界直径，约为1215mm。6、常用气体爆炸预防的技术措施。答：严格控制火源； 防止预混可燃气的产生； 用惰性气体预防气体爆炸； 切断爆炸传播的途径。第五章1、什么是闪燃？同系物闪点的变化规律？闪点的计算。答：闪燃：这种在可燃液体上方，蒸气与空气的混合气体遇火源发生的一闪即灭的燃烧现象即称之为闪燃。 同系物闪点变化规律：（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；（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。闪点的计算：

14、根据波道查的烃类闪点公式计算对于烃类可燃液体，其闪点服从波道查公式：其中：tf为闪点，tb为沸点。根据可燃液体碳原子数计算对于可燃液体，可按下式计算其闪点：其中：nc为可燃液体分子中碳原子数。根据道尔顿公式计算根据爆炸极限的经验公式，当液面上方的总压为P时，可燃液体的闪点所对应的可燃液体的蒸气压Pf为:其中：N 为燃烧1摩尔可燃液体所需的氧原子数。根据布里诺夫公式计算其中：Pf为闪点温度下可燃液体饱和蒸气压，Pa；P为可燃液体蒸气和空气混合气体的总压，通常等于1个大气压；A为仪器常数，D0为可燃液体蒸气在空气中于标准状态下的扩散系数；为燃烧 1mol可燃液体所需的氧分子摩尔数。利用可燃液体的爆

15、炸下限计算闪点（温度）时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限L液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为:；若已知爆炸下限L，即可求出Pf，根据克劳修斯一克拉佩龙方程，求出该液体的闪点:例：5-1 已知癸烷的爆炸下限为0.75，环境压力为1.01325105Pa，试求其闪点。解:闪点对应的蒸气压为:Pf0.75%1.01325 l05760（Pa）查表5-5，癸烷的Lv45612J/mol，C=10.3730。将已知值代入式（5-17b），得闪点为：则：tf31827345（）2、爆炸温度极限及其应用（判断环境温度变化范围内可燃液体的危险状态）；答：爆炸温度极限：液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限

16、，混合气体遇火源就会发生爆炸；蒸气浓度与温度成一一对应关系；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，分别用t上、t下表示；液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空气的混合气体遇火源会发生爆炸。 爆炸温度极限的应用：（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，其饱和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。3、液体引燃的条件，

17、高闪点液体灯芯点火的机理？答：引燃条件：蒸发速度或燃烧速度；燃烧热中传回到液面的百分数；单位面积的液面上，外界热源的加热速率；单位面积的液面上的热损失的速率；液体的蒸发热。高闪点液体灯芯点火的机理：由于毛细现象，灯芯将可燃液体吸附到灯芯中，由于灯芯比热小，灯芯上液体的热对流运动被限制，因此容易用小火焰加热，使得灯芯上的可燃液体被加热到燃点以上温度而被点燃，同时灯芯周围的液体被加热，表面张力平衡被破坏，从而使得液体产生回流，即在液体表面上产生一个净的作用力，驱使热流体离开受热区，而液面以下临近的冷流体则流向加热区。灯芯点火引起的液体流动示意图说明了以上这种回流的产生过程。回流加热的结果会使液体的

18、整体温度提高，当灯芯附近的液体温度达到燃点时，火焰就开始从灯芯向整个液面传播。4、可燃液体稳定燃烧火焰的特征？答：1、火焰的燃烧状态 当液池直径D0.03时，火焰呈层流状态。这时空气向火焰面扩散，可燃液体蒸气也向火焰面扩散，所以燃烧的主要方式是扩散燃烧；当直径0.03D1.0m时，火焰发展为湍流状态，火焰的形状由层流状态的圆锥形变为形状不规则的湍流火焰。 大多数实际液体火灾为湍流火焰。在这种情况下，油面蒸发速度较大，火焰燃烧剧烈。由于火焰的浮力运动，在火焰底部与液面之间形成负压区，结果大量的空气被吸入形成激烈翻卷的上下气流团，并使火焰产生脉动，烟柱产生蘑菇状的卷吸运动，使大量的空气被卷入。 2

19、、火焰的倾斜度液池内油品的火焰大体上呈锥形，锥形底就等于燃烧的液池面积。锥形火焰受到风的作用而产生一定的倾斜角度，这个角度的大小与风速有直接的关系。当风速大于或等于4ms时，火焰会向下风方向倾斜约6070。此外，试验还表明；在无风的条件下，火焰会在不定的方向倾斜05这也许是因为空气在液池边缘被吸入的不平衡或火焰卷入空气不对称所造成的。 3、火焰的高度：通常指由可见光的碳微粒所组成的柱状体的顶部高度，它取决于液池直径和液体种类。 4、火焰的温度特征火焰温度主要取决于可燃液体种类，一般石油产品的火焰温度在9001200之间。5、火焰内的气流流速由于热对流，火焰内的气体向上作加速运动，因此，随高度增

20、加，气体的流动速度加大。在火焰上方，由于卷入的冷空气，使得温度下降，气流向上的流动速度 逐渐减慢。 6、火焰的辐射火焰通过辐射对液池周围的物体传热计算火焰的辐射对确定油罐间的防火安全距离，设计消防洒水系统是十分必要的。计算方法：点源法、长方形面源法。点源法火焰高度：液池的热释放速率：Af液面面积，G单位面积的液面上的蒸发速率假定总热量的30以辐射能的方式向外传递，则辐射热速率为：点源法是假定是从火焰中心轴上离液面高度为H/2处的点源发射出。离点源R距离处的辐射热通量为：假定被辐射体与视线PT的夹角为，则投射到辐射接受体表面的辐射热通量为：例1：油罐直径为l0m，重量燃烧速度为0.058kg（m

21、2s）， 汽油的燃烧热为Hc=45kJ/g，求辐射通量与距离的关系。解：发生火灾时，火焰热释放速率为：火焰的总辐射速率为：5、点源法计算火焰的辐射规律？答：上题例题。6、什么是原油或重油的沸溢和喷溅？答：沸溢：乳化水与水垫在热波向液体深层运动时，由于热波温度远高于水的沸点，因而热波会使油品中的乳化水气化，形成油包气的气泡，即油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫，使液体体积膨胀，向外溢出，使液面猛烈沸腾起来，就象“跑锅”一样。这种现象叫沸溢。沸溢形成必须具备三个条件：（1）原油具有形成热波的特性，即沸程宽，比重相差较大；（2）原油中含有乳化水，水遇热波变成蒸气；（3）原油粘度较大，使水蒸气不容

22、易从下向上穿过油层。如果原油粘度较低，水蒸气很容易通过油层，就不容易形成沸溢。 喷溅：原油中的水以水垫形式存在。随着燃烧的进行，热波的温度逐渐升高，热波向下传递的距离也加大。当热波达到水垫时，水垫的水大量蒸发，蒸气体积迅速膨胀，以至把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射。这种现象叫喷溅。第六章1、可燃固体的燃烧形式？答：（1）蒸发燃烧 蜡烛、硫、磷、钾、钠、沥青、樟脑，萘；（2）表面燃烧可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）；（3）分解燃烧木材、煤、塑料、橡胶等；（4）熏烟燃烧（阴燃）只冒烟而无火焰的燃烧现象；（5）动力燃烧（爆炸）燃粉尘爆炸/炸药爆炸/轰燃（回燃、回火）。2、可燃固体的引燃条件及

23、引燃时间的确定？答：引燃条件：如果S0，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高，为固体持续燃烧创造更好的条件；S=0固体能否被引燃的临界条件。对于一定厚度无限大固体，可用下式估算：Gcr与有如下关系：h为火焰和固体间的对流换热系数，c为空气热容量。 引燃时间的确定：薄片状固体（Bi=hL/K数较小）：如窗帘、幕布之类估算薄物的引燃时间：假设一薄物体的厚度、密度、热容和它与周围环境间的对流换热系数分别为、c、和 h；薄物体的燃点和环境温度（或物体初温）分别为Ti和T0。（1）当薄物体两边同时受温度为T的热气流加热积分：t=0到ti；T=T0

24、到Ti（2）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为：（3）如果物体单面受热，另一面不绝热（4）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时假设物体吸收率为，在时间间隔dt内，能量平衡方程可写成：对该式从T0到Ti积分得引燃时间为：（5）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则有：3、典型固体的燃烧特点（高聚物、木材、煤）？答：高聚物燃烧的普遍性特点，可以概括为三个方面 （1）发热量较高、燃烧速度较快（2）发烟量较大，影响能见度由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高，因此在其燃烧（包括热分解）过程中发烟量较大。（3）燃烧（或分解）产物的危害性大高聚物在燃烧（或分解）过程中，会产生CO、氮氧化物、HCl

25、、HF、HCN、SO2及COCl2（光气）等有害气体，加上缺氧窒息作用，对火场人员的生命安全构成极大的威胁。*（4）不同类型高聚物的燃烧有如下特点： 只含碳和氢的高聚物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，易燃但不猛烈，离开火焰后仍能持续燃烧，火焰呈蓝色或黄色，燃烧时有溶滴，并产生有毒的一氧化碳气体。含有氧的高聚物，如有机玻璃、赛璐珞等，易燃且猛烈，火焰呈黄色，燃烧时变软，无溶滴，并产生有毒的一氧化碳。含有氮的高聚物，燃烧情况比较复杂，如脲甲醛树脂为难燃自熄；三聚氰胺树脂为缓燃缓熄；尼龙为易燃以烬。它们在燃烧时都有溶滴，并产生一氧化碳、一氧化氮有毒气体和氰化氢剧毒气体。含有氯的高聚物，如聚氯乙烯等，

26、硬的为难燃自熄，软的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，燃烧时无熔滴，有炭瘤，并产生氯化氢气体，有毒且溶于水后有腐蚀性。含有氟的高聚物，实际不燃，但加强热时，能放出腐蚀毒害性的氟化氢气体。酚醛树脂，无填料的为难燃自熄，有木粉填料的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，冒黑烟，放出有毒的酚蒸气。木材：在木材被加热过程中，若遇火源，会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃木材燃烧大体分为有焰燃烧和无焰燃烧两个阶段。木材有焰燃烧：木材热分解出的可燃气燃烧，它的特点是燃烧速度快；燃烧量大，约占整个木材重量的70；火焰温度高，燃烧时间短，火灾发展速度猛烈。在有焰燃烧阶段，木材的绝大部分可燃成分已充分燃烧，燃烧

27、温度达到最大值，在转为无焰燃烧后，可燃成分非常少，燃烧的火焰对周围可燃物质的影响也逐渐减少，所以有焰燃烧是木材火灾发展中有决定性意义的阶段。木材有焰燃烧+无焰燃烧在木材的有焰燃烧阶段，木材表面上生成的碳，虽然处在灼热的状态，但不燃烧。因为此时，分解产物的燃烧阻碍了氧气扩散到碳的表面上去。当析出的气体产物很少时，氧扩散到碳的表面，即有焰燃烧接近尾声时，碳才开始燃烧。木材无焰燃烧两种形式燃烧同时进行若干时期以后，完全不析出可燃气时，才出现仅有碳的无火焰燃烧。煤：碳在空气中燃烧是一多相燃烧过程，分为五个阶段：氧气扩散到固体燃料表面；扩散到固体表面的气体（或氧气）须被固体表面所吸附；吸附的气体和固体表

28、面进行化学反应，形成吸附后的生成物；吸附后的生成物从固体表面上解吸；解吸后的气体生成物扩散离开固体表面。4、什么是可燃固体阴燃？其发生的条件是什么？可燃固体阴燃传播的条件及各划分区域的特点？答：可燃固体阴燃：固体物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和伴有温度升高。 阴燃条件：阴燃能否发生，取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。 固体材料的理化性质：受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热并使燃烧持续下去的条件 如：纸张、锯末、纤维织物、纤维板、胶乳橡胶及其某些多孔热固性塑料。外部环境：空气不流通：如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃。一个供热强度适宜的热源：供

29、热强度过小，固体无法着火；供热强度过大，固体将发生有焰燃烧。引起阴燃的热源包括：自燃热源；阴燃本身成为热源，如香烟的阴燃引起地毯阴燃；有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃。 可燃固体阴燃传播的条件及各划分区域的特点：热解区I温度急剧上升，并且从原材料中将挥发出大量的烟，阴燃产生的烟与有焰燃烧产生的烟不大相同，其具有较强的可燃性。 碳化区II该区域内碳发生氧化放热，温度上升至最大值，放出的热量一部分进入原始材料，使其温度上升并分解。 残余灰/炭区III该区域内不再发生灼热的燃烧，温度缓慢下降。阴燃的传播是连续的，各区域间的划分并无明显的界限，其间存在逐渐变化的过渡阶段，阴燃能否传播及传播速度快慢主要取决于区域II的稳定及其向前的热传递情况。5、粉尘爆炸的条件？粉尘爆炸与可燃气体爆炸的异同点？答：条件：粉尘本身必须是可燃的；粉尘以一定的浓度悬浮于空气中；存在足够的引起粉尘爆炸的火源。异同点：粉尘爆炸的特点：（与气体爆炸相比）点火能大；感