4着火理论基础

1、本讲内容第四讲燃料的着火理论燃烧过程的热自煽理论热力着火的自燃范围和感应周期可燃气体混合物的点煽理论口朗威尔（Longwell）fi,应器理论在可燃混合物的着火过程中，主要依靠热量的不断积累而自行升温，最终达到剧烈的反应速度4.1着火方式化学自燃不需外界给入热呈.在常温下依靠自身的化学反应发生的若火热自燃（热力若火）将燃料和氣化剂混合物迅速而均匀地加热.当混合物被加热到某一温度时便若火（全容积点燃（强迫若火）用电火花、电弧.热板等高温源使混合气局部地区受到强烈地加热而首先若火.燃烧，随后这部分已燃的火焰传播到整个反应体系的空间如果可燃混合物的着火过程，主要依靠链锁分支而不断积累活化分子，最终达

2、到剧烈的反应速度的释放热帛而爆燃称为链锁爆燃 强迫着火口有一外加的热源向局部地区的可燃混合物输送热量，使之提高温度和增加活化分子的数最，迫使局部地区的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段，然后以一定的速度向其它地区扩展，导致全部可燃混合物的燃烧，例如靠电火花或炽热物体来加热局部区域的可燃混合物.4.3燃烧过程的热力自燃理论燃烧过程二个阶段：着火阶段，燃烧阶段可燃混合物着火的方法：自燃着火和强迫着火自燃着火有两个条件：可燃混合物应有一定的能屋储存过程在可燃混合物的温度不断提高，以及活化分子的数虽不断积累后，其反应从不显著的反应速度自动地转变到剧烈的反应速度4.2着火条件如果在一定的初始条件（闭口

3、系统）或边界条件（开口系统）之下.系统将不可能在整个时间区段或空间区段保持低温水平的缓慢反应态.而将岀现一个剧烈加速的过渡过程.是系统在某个瞬间或空间某部分达到高温反应态（即燃烧态）.那么.实现这个过渡过程的初始条件或边界条件便称为若火条件对闭口系统：a,p.d.u）=0对开口系统：f（xi,T8,a,p,d,u尸0燃烧过程的热自燃理论谢苗诺夫可燃气体混合物热自燃理论弗朗克-卡门涅茨基稳态分析法热力爆燃理论的最新发展 有一体积为V(n?)的容器其中充满有化学均匀可燃气体混合物其浓度为C(kg，m容器的壁温为T(K八容器内的可燃气体混合物正以速度w(kg，m%)在进行反应.化学反应后所放出的热呈

4、.一部份加热了气体混合物.使反应系统的温度提高另一部份则通过容器壁而传给周围环境闭口系统虽然在工程上没有太多实际价值然而在系统中物理因素比较简单.容易揭示若火的本质V、C、TO、w假设容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。在反应过程中，容器V内各处的反应速度都相同。容器的壁温T。及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温压。在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计的。 # #图41化学反应放热和对流散热号淋度的关系数学模型Qi=wqVw=kQe-ElRTCn-级反应ft=qvkQeE!RTCQ2=oF(T-Tq) 图42稳定

5、在低温度范圉时的氧化反应7i/图45改变壁温T。对着火的影响 散热线Q2与放热曲线Qi相切的数学条件（D散热与放热相等，即：QZ（2）在二曲线相切点B处的斜率应相等，即 # #在B点处的可燃混合物温度为Tb，相应的自燃温度为2e当兰上L,点燃失败 I模型求解 #迎+述4竺禺內dyCpby着火距离Nig).模型的数学表述二II边界层其他区域，忽略化学反应的效应，能量方程为：边界条件：y=处，11=口8,T=Tg # #如：温度等其他条件不变时，兀如：压力、成分不变，并认为指数前温度影响要比指数上的温度影响小得多，则：Y,E111()匕+ConstiQRT“点燃温度高于热力自燃温度A即使紧贴炽热物

6、体的可燃混合物已达着火温度，但由于热量向远处传递，在距炽热物体稍远处，温度即降落而低于T”表面处的火焰就不能传播到整个可燃浪合物由于化学反应使炽热物体附近的可燃浓度迅速降低到最小数值，反应速度和相应的释热率也随之很快降低，同样造成稍远处的温度降落，火焰也就不能往外传播所以要实现点燃着火，其临界状态下的点燃温度必须比热力爆燃的自燃温度要高 电火花点燃理论电火花点火可分为两个阶段：f阶段一：电火花使局部混气着火，形成初始火焰中心f阶段二：初始火焰中心向混气传播，并着火口初始火焰中心形成影响因素：火花间歇内混气比、混气压力、初温.流动状态、混气性质及火花提供的能量初始火焰中心传播影响因素：传播区内的

7、混气比、混气压力.初温.流动状态及混气性质 # # # #点燃条件点燃最小能量当火花间歇内混气比、混气压力、初温、流动状态、混气性质一定时，火花提供的能量必须有一最小极值，放电能量大于该极值，则火焰初始中心能可靠形成 应用静止混气中电火花点燃最小能量半经验理论假定：球形电极距离足够大反应为二级反应(n=2)Tmax=Tm,且球心至球壁均匀分布最小能量所具有的球半径为点火最小半径Gin口如点火成功：则有：反应热二表面散热AcT丁讣仗申汀訂訣RTm=4/1()3dr # # rmm有最小点火能量式E32（几-氏比歹。.5.QfPfrfoXTOC o 1-5 h z42Emm=P（Tm一人）当axl

8、,即燃料浓度占优时：匕 HYPERLINK l bookmark106=宀尺严a=3久nm/p2?1cCkJoxfpo当aY1,即氧化剂浓度占优时:-r0.5_30小frPcCpQf E.min丿ar=Const+21117-21nP+如给定P及a如给定T及a当&Al，有3如给定一些参数，则可求得最小能量Ef2In一皿也x21n7T-Txmx3E戸In皿仏x21nFT-Tmx朗威尔熄火反应器理论朗威尔提出的耐火球形反应器。将燃料与空气通入反应器中并使之迅速反应，在反应同时，不断地搅拌混合，使燃烧室内温度和浓度均匀分布这种实验的结果对研究着火、分析火焰稳定和确定化学反应速度都很有用，因此下面作一些简略介绍 # 口质量平衡：G(/g-了九&而为按氧计算的反应度 7G_点12x(l-g)(l-)x1V厂RT2_L_+O.23