火灾动力学FD04b-热平衡燃阻法

提纲热平衡法可以用来

展示可燃限的物理含义；计算混合物的可燃限特征；稀释剂的作用；推导和验证可燃限的经验性拟合公式；CAFTArN2O2CO2Air1300K0.6550.9911.0461.5781.01600K0.6420.9921.0461.6031.01850K0.6320.9921.0461.6151.0MWRatio0.6240.9711.1101.5261.0可燃气体的热指纹临界火焰温度富养燃烧欠氧燃烧一套热力系统是二元的（吸热和放热），可以叠加的；在预期的临界火焰附近，火焰结构是相似的，因此临界绝热火焰温度CAFT大体维持稳定。由于CAFT保持不变，空气的基准焓值差（火焰温度到环境温度）可以当做基准来对其他成分进行当量校订；QD=1.7，意味着二氧化碳在临界火焰的吸热能力是空气的1.7倍。由于混合过程并不改变临界绝热火焰温度，这些温度项可以简单累加，可以在不同燃料直接进行累加。在临界条件下，基于氧气的释热率依然适用。这一经验性的定律把低燃限和高燃限的临界状况整合成一套热力系统。理论一定依赖某种假设热平衡法Energybalanceattheflammabilitylimits.Heatingandquenchingpotentials.热平衡法图示的混合物能量平衡LFLUFL能量平衡热指纹可燃性7能量的累加Finalsolution:Additiverules:

WrongRight8什么是可燃性？Graphicalrepresentationofflammabilitylimits燃料的混合物Fuel

EthylAcetate5.00.6350.02200.11509.788110.8437

Ethanol3.00.2080.04300.19006.358011.8914

Toluene9.00.1570.01400.068012.978817.3465Mixture5.2121.0000.02060.114410.261311.1020

LeChatelier'sRule0.02070.1133

Relativeerror(%)-0.6791.021

9HQR=1定义极限值10FuelCH420.1520.0530.15012.27615.07230.144N2

0.798

0.992CO2

0.050

1.750Mixture0.3041.0000.3530.4412.74515.0724.582稀释剂的作用温度的依赖性13优点与缺点优点对燃料混合物，与勒夏特列定理等价兼容；简单计算，填表操作；可以扩展到惰性气体，相互转换；系统性的方法，可以扩展。局限性依赖输入数据的精度，避免不同平台的测试结果一起比较；需要假设火焰的结果是相似的；无法微调结果，不能改进精度，只能用于估算。与LCR之间的等价性推广到混合物的拟合式GasesorflammableliquidsCombustibleliquids经验性拟合式CorrelationforLFLCorrelationforEHPHanley(1998)Hshieh(1999)n/aSuzuki(1994)n/aSpakowski(Santamariaetal.1998)Current基于能量的拟合式基于氧气的拟合式Sources

OriginalcorrelationCorrelationforEHPJones/Lloyd/Zabetakis(1965)Britton(2002,2003)Pintar(1999)Hilado(1975)(CHOcompoundsonly)Monakhov(1985)Beyler(2003)(Donaldsonetal.(2006)currentLFLCorrelations琼斯定理推论20OriginalcorrelationCorrelationsforQHRZabetakisPintarMonakhov(<7.5)Monakhov(>7.5)Donaldsonetal.Beyler()Correlation#1Correlation#2基于氧气的拟合式高燃限的拟合公式4种方法的比较FuelXiCOHc(MJ/mol)LFLUFLQFHOEthylAcetate0.6355.002.06080.0220.1159.8010.85Ethanol0.2083.001.23550.0330.1906.3511.89Toluene0.1579.003.73390.0120.07117.2511.06Mixture

5.212.1518

10.2511.10LFL

0.02090.02100.02070.0206UFL

0.11080.12780.11330.1144

Oxygen-basedcorrelation(OBC)Energy-basedcorrelation(EBC)LeChatelier'sRule(LCR)Thermalbalancemethod(TBM)

并联燃阻法（通用勒夏特列定理）

低燃限LFL高燃限UFL燃料惰气一种可燃的混合物有下列成分：醋酸乙脂EthylAcetate(63.5%),乙醇Ethanol(20.8%)和

甲苯Toluene(15.7%)，请估算它们的可燃限范围。例题：多燃气混合FuelxiC_OH_cLFLUFLQ_FH_OEthylAcetate0.6355.0002.0610.0220.1159.87010.865Ethanol0.2083.0001.2360.0330.1906.39411.899Toluene0.1579.0003.7340.0120.07117.36711.078Mixture

5.2032.148

10.30711.102LFL

0.020810.020900.020760.02064UFL

0.139630.139790.113460.11448

OBCEBCLCRTBM基于氧气（化学）的OBC基于燃烧热（物理）的EBC基于热平衡法的TBM基于勒夏特列定理的LCR已知一燃料（甲烷）与氮气的混合物的惰气燃气比，可用四种方法计算其混合物的低燃限（LFL）如下。请继续计算另外两种可能性，并填表。例题：单燃气稀释问题Fuel,Methane(%)Diluent,N2(%)ROBCEBCTBMLCR100005.24%5.41%5.0%5.0%80200.256.46%6.67%6.25%6.25%50501.09.95%10.26%10.00%10.00%20804.021.65%22.22%24.96%25.00%一种气体混合物包括15.2%的甲烷、79.8%的氮气和5%的二氧化碳。请问，该混合物的可燃限是多少？例题：单燃气多惰气稀释问题FuelxiCOH_CLFLUFLQF

HO

HFCH40.15220.80230.0530.1512.27615.07230.144N20.798

0.992

CO20.050

1.75

Mixture1.0000.3530.4412.74515.0724.582热平衡法通用勒夏特列定理各种方法的误差比较LCRTBMEBCOBCLFL1.695%1.694%7.6%10.2%UFL7.362%7.325%37.2%40.2%28使用日本人的数据，9种燃料，87套组合，验证的误差如下：Kondo,S.,Takizawa,K.,Takahashi,A.,Tokuhashi,K.,Sekiya,A.,Astudyofflammabilitylimitsoffuelmixtures,JournalofHazardousmaterials,155(2008)440-448.

Alistof9representativefuelsareusedforflammablemixture:Methane，Propane,Ehtylene,Propylene