自燃理論燃燒學(xué)基礎(chǔ)

優(yōu)選自燃理論燃燒學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前第1頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)放熱因素散熱因素放熱因素散熱因素?zé)崃糠e累熱量積累能不能當(dāng)前第2頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)二、熱自燃理論的研究對象和模型研究對象：內(nèi)部充滿預(yù)混可燃?xì)怏w的容器，容器外環(huán)境溫度為T0簡化假設(shè):（1）設(shè)容器體積為V，表面積為A。（2）壁溫與混氣溫度始終相同，開始時二者均為T0，隨著反應(yīng)進(jìn)行二者溫度上升為T。（3）容器中各點(diǎn)的溫度、濃度相同。（4）容器中既無自然對流，也無強(qiáng)迫對流。（5）環(huán)境與容器之間有對流換熱，對流換熱系數(shù)為h，它不隨溫度變化。（6）著火前反應(yīng)物濃度變化很小。當(dāng)前第3頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)放熱速率、散熱速率放熱速率：單位時間體系中的混氣由化學(xué)反應(yīng)放出的熱量。用Q1表示.散熱速率：單位時間體系中的混氣平均向外界環(huán)境散發(fā)的熱量。用Q2表示。當(dāng)前第4頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（一）放熱速率與散熱速率φ

放熱速率：散熱速率：能量守恒：當(dāng)前第5頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)數(shù)形結(jié)合法：放熱速率：散熱速率：TT0決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，P當(dāng)前第11頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)放熱速率：散熱速率：TT當(dāng)前第12頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當(dāng)前第13頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：h，P一定；

T0變！TabcT03放熱速率：散熱速率：T02T01當(dāng)前第14頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)Tabc決定曲線位置關(guān)系的因素：h，P一定；

T0變！a點(diǎn)：穩(wěn)定點(diǎn)，體系只能穩(wěn)定在交點(diǎn)處作低溫、緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng)無法加速，體系不能著火；b點(diǎn)：非穩(wěn)定點(diǎn)，但是熱力學(xué)非自發(fā)狀態(tài)。c點(diǎn)：臨界點(diǎn)，標(biāo)志著體系處于由維持低溫、穩(wěn)定氧化反應(yīng)狀態(tài)到不能維持這種狀態(tài)（即到加速反應(yīng)狀態(tài)）的過渡狀態(tài)，體現(xiàn)了體系熱自燃著火條件。Tc出現(xiàn)火焰的最低臨界溫度，為該條件下的自燃點(diǎn)。Tc放熱速率：散熱速率：T03T02T01當(dāng)前第15頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)Tabc決定曲線位置關(guān)系的因素：h，P一定；

T0變！T03相交：

不能自燃；相切：

發(fā)生自燃的臨界條件；相離：

放熱>散熱，熱量積累溫度升高，一定能自燃。Tc放熱速率：散熱速率：T02T01當(dāng)前第16頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)Tabc決定曲線位置關(guān)系的因素：h，P一定；

T0變！T0Tc放熱速率：散熱速率：T02T013自燃重要的準(zhǔn)則：壁溫T02是個臨界值，超過這個溫度，反應(yīng)就會不斷加速直至著火，該溫度稱為臨界環(huán)境溫度，用Ta,cr表示。當(dāng)前第17頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當(dāng)前第18頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，P一定；

h變！TT0放熱速率：散熱速率：當(dāng)前第19頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，P一定；

h變！TT0放熱速率：散熱速率：a點(diǎn)：b點(diǎn)：c點(diǎn)：相交：相切：相離：

abc當(dāng)前第20頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，P一定；

h變！TT0放熱速率：散熱速率：abc自燃重要的準(zhǔn)則：斜率h02是個臨界值，超過這個對流換熱系數(shù)，反應(yīng)就會不斷加速直至著火，該斜率稱為臨界對流換熱系數(shù)，用Ha,cr表示。當(dāng)前第21頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當(dāng)前第22頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)TT0決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h一定；

P變！放熱速率：散熱速率：當(dāng)前第23頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)TT0決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h一定；

P變！放熱速率：散熱速率：a點(diǎn)：b點(diǎn)：c點(diǎn)：相交：相切：相離：

abc當(dāng)前第24頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)TT0決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h一定；

P變！放熱速率：散熱速率：abc自燃重要的準(zhǔn)則：反應(yīng)壓力P02是個臨界值，體系超過這個壓力，反應(yīng)就會不斷加速直至著火，該壓力稱為臨界反應(yīng)壓力，用Pa,cr表示。當(dāng)前第25頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力放熱量越大，越容易自燃；放熱量越小，越不容易自燃。放熱量的增大，臨界點(diǎn)C的位置左移，說明自燃點(diǎn)隨放熱量的增大而減小。當(dāng)前第26頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度提高，放熱量增大，易發(fā)生自燃。1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力當(dāng)前第27頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素催化物降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度。

少量水分可以起到催化劑的效果，自燃點(diǎn)較高的物質(zhì)含有少量的低自燃點(diǎn)物質(zhì)。1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力當(dāng)前第28頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素在散熱條件相同的情況下，比表面積越大，越容易自燃。1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力當(dāng)前第29頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素不同的物質(zhì)有不同的影響新煤、新制備的金屬粉末；舊硝化棉1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力當(dāng)前第30頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素

壓力越大，反應(yīng)物密度越大，單位體積產(chǎn)生的熱量越多，易發(fā)生自燃。1、發(fā)熱量2、溫度3、催化物質(zhì)4、比表面積5、新舊程度6、壓力當(dāng)前第31頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)三、熱自燃理論的著火條件

（三）散熱速率的影響因素1、導(dǎo)熱作用導(dǎo)熱系數(shù)越小，越易蓄熱，易自燃；2、對流換熱作用對流換熱作用差的，容易自燃。如：通風(fēng)不良角落處的浸油紗團(tuán)或棉布；3、堆積方式大量堆積的粉末或疊加的薄片物體。如：桐油布雨傘、雨衣。注意：評價堆積方式的參數(shù)是表面積/體積比，此比值越大，散熱能力越強(qiáng)，自燃點(diǎn)越高。當(dāng)前第32頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期

直觀定義：可燃體系由開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)到著火燃燒的一段時間。熱著火理論中的定義：可燃體系在已滿足熱著火條件的情況下，由初始狀態(tài)到溫度開始驟然上升瞬間所需要的時間。著火感應(yīng)期的存在原因：可燃體系在著火前由低溫化學(xué)反應(yīng)到高溫燃燒反應(yīng)，需要有個熱量逐漸積累、溫度逐漸上升過程，反應(yīng)才能自動加速，而這個過程是需要時間的。當(dāng)前第33頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)TabcT0TcTTct（一）T-t曲線圖四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期

當(dāng)前第34頁\共有36頁\編于星期二\14點(diǎn)一、理論分析

1、基本出發(fā)點(diǎn)：F－K理論：謝氏理論：第二節(jié)弗蘭克-卡門涅茨基自燃理論

Frank-Kame