004_燃烧学-大连理工燃烧学116

1、燃 烧 学 第六章,田江平 内燃机研究所414 tianjp,左式除以右式，得： 解得： 如果符号取正，TC过大，无意义，保留负号形式，为谢苗诺夫公式,TC与T 的关系（更正）,燃烧学,2,数值相等,斜率相等,上节课ppt中，以及课本P116公式6.9，错误。,上次课回顾,封闭系统热自燃理论 热自燃模型 着火临界条件：2个 着火影响因素 环境温度 燃料活性 容器尺寸 散热系数 容器内压力（临界压力与临界温度的关系）,燃烧学,3,影响自燃着火的因素,容器内压力 复习：压力对化学反应速率的影响，对于n级反应，其反应速率为压力的n次方。其实质？ 大多数碳氢燃料的燃烧反应都接近二级反应。二级反应速率为

2、： 带入自燃条件式 得： 式中，pC为着火临界压力。 这样，就得到了自燃温度与自燃临界压力之间的关系。,燃烧学,4,热自燃界限,在其他参数不变时，绘制pC-TC 曲线，称为热自燃界限。 当混合气压力增大时，自燃温度降低，混合气着火容易发生。 压力下降，则自燃温度升高，混合气不易着火。 内燃机在高原地区及航空发动机在高空时着火性能都将变坏。,燃烧学,5,用环境温度T代替TC，整理，得： 两边取对数，得到谢苗诺夫方程,谢苗诺夫方程测量活化能,令 则谢苗诺夫方程可写为： 若绘制 图，应为一条直线，且其斜率为,燃烧学,6,谢苗诺夫方程正确性验证,ClO2分解及H2与Cl2化合热自燃的实验结果（傅维镳,

3、1989）,燃烧学,7,ClO2分解的自燃界限,Cl2+H2的自燃界限,影响自燃着火的因素,混合气成分 若取自燃临界压力pC=常数，可得自燃温度TC与混合气成分的关系 若取环境温度TC =常数，可得自燃临界压力pC与混合气成分的关系 混合气浓度只有在一定范围内才可着火。x2 称为上限，x1称为下限 当压力和温度下降时，着火界限缩小，下降到某一值时，任何混合气成分都不能着火。对很多发动机十分重要，尤其是采用稀薄燃烧方式的气体燃料发动机，以及航空发动机的高空点火。,燃烧学,8,热自燃感应期,热自燃感应期，又称着火延迟期（滞燃期） 物理意义：混合气由开始发生反应到火焰出现的一段时间（混合气达到着火条

4、件，有初始状态到温度骤升的瞬间所需的时间） 图中表示更为准确：可燃气由初温自动升温到着火温度所需的时间 思考：这段时间内温度上升的原因？曲线上凸的原因？,燃烧学,9,三种不同初温条件下温度变化历程,着火延迟期的计算,着火延迟期可由下式计算： 式中: F0 为混合气初始摩尔浓度； FC为混合气着火时的摩尔浓度； wC,0为以摩尔浓度表示的初始反应速度。 思考：为何使用初始反应速度？ 假设容器壁对环境没有散热，混合气反应产生的全部热量用于系统升温，此时温度与浓度之间存在如下关系：（Tm为燃料全部燃烧后燃烧产物的温度。） 思考：原因？,燃烧学,10,着火延迟期的计算,其中 将右侧两式带入左侧方程，得

5、 得着火延迟时间表达式： 两边取对数，得：,燃烧学,11,前面已导出,解它得到谢苗诺夫公式,燃烧放出的热量都用于系统升温,T与i之间的关系,Arrhenius公式中，指数前温度相对于指数项的温度对化学反应速率的影响要小得多，因此在压力和混合气成分一定的条件下，可认为 所以有： 即：ln i 与1/T呈直线关系。,燃烧学,12,p与i之间的关系,观察：如果温度一定，上式中哪项和p有关？ 将 带入上式，得： 上式中，可认为： 所以：ln i 与ln p呈直线关系。,燃烧学,13,实验数据,燃烧学,14,注意：图中坐标为对数坐标。 实验数据印证了热自燃理论的合理性。,(a)煤油； (b)液化气； (

6、c)乙炔； (d)甲烷,实验测反应级数与活化能,燃烧学,15,斜率E/Ru 通过实验测活化能,斜率1-n 通过实验测反应级数,有些现象无法用热自燃理论解释，如：,链自燃理论,热力自燃理论建立的着火界限与一部分碳氢化合物和空气的混合物的自燃界限的实验结果相吻合。,燃烧学,16,链着火条件和自燃感应期,链反应速率 链载体随时间的变化率： 其中：n为链载体浓度，w1热作用而生成链载体的速率（非常少量）， w2为链分支造成链载体净增加速率， w3为链载体销毁速率 令w2 =fn， w3 =gn，=f-g 其中：f为链分支造成的链载体净增加速率系数，g为链载体销毁速率系数 可得： 移项，积分得：,燃烧学

7、,17,谢苗诺夫定律,链反应速率,在反应过程中，大量生成最终产物的过程为链传递过程。 例如氢氧反应： 链的引发 链的传递 链的终止 气相终止、器壁终止 以最终产物表示的反应速率为：（a为一个链载体参加反应生成产物分子数）,燃烧学,18,着火条件及自然感应期,着火临界条件 链载体销毁速率系数=分支反应造成的链载体净增加速率系数，即：=f-g=0 当=0时， 为 则： 上式表明，w与时间t呈直线关系。 0, 着火 =0 , 临界 0 , 不着火,燃烧学,19,直链反应 f=0，= -g， 反应速率一直为一很小的值，不着火。 支链反应 低温时， 0 链载体浓度、反应速度随时间呈指数规律迅速增加，着火。,燃烧学,20,课本更正,链着火自燃感应期,在临近着火时， 所以 可认为 所以 说明：支链反应越强，感应期越短。,燃烧学,21,着火半岛理论,爆炸的定义与分类 爆炸：瞬间完成的超快速化学反应 热爆炸 如果某一放热反应在一个小空间内进行，反应热来不及散出，则温度升高温度升高，又促使反应速度加快而反应速度加快后，导致放出更多的热量，使温度升高更快。 如此循环的结果，使反应速度在瞬间增大到无法控制而引起爆炸。这种爆炸称为热爆炸。 分支链爆炸 在分支链反应过程中，由于链的分支而使链载体的数目不断增多，因此反应不断地自行加速，直至产生爆炸