火灾动力学FD03b-生成热燃烧热

提纲引入新概念生成热燃烧热热释率基于氧气的量热计原理生成热标准生成热被定义成一摩尔物质在标准状况（298.15Kor25℃，一个大气压）下从其组成原子生成到当前状态所发生的焓值变化，其符号是ΔHfO。生成热是基本物性参数，与反应过程无关。生成热标况：P=1atm和T=298K-上标0代表标准参考状态生成热是一种与化学组成密切相关的物性。元素的生成热在其标况下的生成热被定义为零。其他物质的生成热需要通过简单的放热反应来测定或计算。举例：典型的生成热举例：生成热燃烧热固体或液体的燃烧热通常用一种称作氧弹量热计的装置来测量。基本定义：1摩尔物质在燃烧过程中的放热，通过反应物与生成物之间的能量差来计算在纯氧中燃烧1摩尔甲烷释放出890.3kJ的热能。Example:海斯定律Hess’sLaw

CombustionofCH4Route1:完全反应，产物

CO2Route2:部分反应，中间产物是

CO反应过程中的焓值变化与系统的初始和终了状态有关，与路程途径无关。不同路径，相同放热。Differentpathways,sameheat!典型的燃烧热与测量装置（氧弹量热计）氧弹

量热计这一装置在固定体积下点火燃烧，燃烧生成的热量通过周围的水浴来吸收。由于水的吸热能力大，所以水浴的升温很小（以至于水浴的散热少，可以忽略不计），而水浴的温度测量可以很均匀准确，所以测量的结果是相当可靠的。燃烧热如果把燃烧产物回复到原始状态（温度），特别是把水蒸气冷凝成水（即包括汽化热），得到的热值成为高热值(higherheatingvalue，HHV)(或者

grosscalorificvalue

毛热值，GHV(grossheatingvalue)，毛热值，grossenergy

毛能量，

upperheatingvalue热值上限)。如果让燃烧产物保留在气态，得到的热值成为低热值LHV(lowheatingvalue)。同样的燃烧反应，产物水是液态还是气态会导致不同的燃烧热。所以燃烧热是一种过程参数，而生成热是状态参数或物性参数。如果产物是液态水，燃烧热被称作高值燃烧热（HVHC）对应的气态水，燃烧热被称作低值燃烧热（LVHC）。对于作为工业过程的锅炉燃烧，通常使用低值燃烧热进行计算，因为水蒸汽一旦液化，就会溶解CO2和SO2，形成酸性液体，对烟道带来很大的腐蚀性。所以工业过程避免燃烧产物水的液化，因此只能计算利用低值燃烧热。火灾领域，用低值燃烧热（LVHC）两者之差对火灾来说，意义不大。水汽状态的影响热释率热释率HeatReleaseRate(,HRR,orburningrate)是火场中火源释放的能量速率。

热释率相当于驱动火灾或烟气发生的动力引擎，因此是最重要的参数。

确定热释率HRR是火灾灾害分析的最重要的一步和起点。火灾之所以可怕，就是因为存在一个正向反馈的机制，热量造成更多的热量。是燃烧率或质量损失率

burningormasslossrate(kg/sec)

是有效燃烧热(kJ/kg)量热计Calorimetry量热学是指测量化学反应热火物理变化热的科学。量热学的主要工具是量热计；量热学Calorimetry来源于拉丁词汇

calor，意思是热量，metry意思是测量。苏格兰医生和科学爱好者JosephBlack第一次意识到热量与温度的差异，因此是量热计技术的奠基人。14基于氧量测量的量热计尽管在化学反应中，燃料是主要的能源载体，氧化剂在燃料的释热过程中发挥决定性作用。Burgessandwheeler首先注意到在低燃限附近，一摩尔燃料的燃烧热几乎是恒定的。Thornton证实了氧气与燃烧热之间的固定关系。Huggett发现这个规律适用于几乎所有的固体燃料。现在被称作氧量放热律，这一规律经常被用于各种理论和实验，来简化总能量的估算过程。典型氧量量热计扩散火焰的燃烧平台示意图Aschematicdiagramofthecombustionrigsforthediffusionflameexperiments家具量热计(17)室内量热计锥形量热计2004年，在美国马里兰州Beltsville建立的ATF火灾实验室，拥有一台大规模的量热器。假设烟道的质量流率（主要是燃烧产物，并被卷吸的空气所稀释）是10kg/s，而烟道中的氧量探头给出其中的氧气浓度是17%，请估算烟气罩下的燃料释热率。简单练习题量热计工作机理Solution:首先，我们需要把体积（分子）浓度转化为质量