自燃理論燃燒學基礎(chǔ)

優(yōu)選自燃理論燃燒學基礎(chǔ)當前第1頁\共有36頁\編于星期二\14點放熱因素散熱因素放熱因素散熱因素熱量積累熱量積累能不能當前第2頁\共有36頁\編于星期二\14點二、熱自燃理論的研究對象和模型研究對象：內(nèi)部充滿預混可燃氣體的容器，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，隨著反應進行二者溫度上升為T。（3）容器中各點的溫度、濃度相同。（4）容器中既無自然對流，也無強迫對流。（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）著火前反應物濃度變化很小。當前第3頁\共有36頁\編于星期二\14點放熱速率、散熱速率放熱速率：單位時間體系中的混氣由化學反應放出的熱量。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。當前第4頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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：當前第5頁\共有36頁\編于星期二\14點當前第6頁\共有36頁\編于星期二\14點當前第7頁\共有36頁\編于星期二\14點當前第8頁\共有36頁\編于星期二\14點當前第9頁\共有36頁\編于星期二\14點當前第10頁\共有36頁\編于星期二\14點數(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當前第11頁\共有36頁\編于星期二\14點放熱速率：散熱速率：TT當前第12頁\共有36頁\編于星期二\14點決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當前第13頁\共有36頁\編于星期二\14點決定曲線位置關(guān)系的因素：h，P一定；

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

T0變！a點：穩(wěn)定點，體系只能穩(wěn)定在交點處作低溫、緩慢的氧化反應，反應無法加速，體系不能著火；b點：非穩(wěn)定點，但是熱力學非自發(fā)狀態(tài)。c點：臨界點，標志著體系處于由維持低溫、穩(wěn)定氧化反應狀態(tài)到不能維持這種狀態(tài)（即到加速反應狀態(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。Tc放熱速率：散熱速率：T03T02T01當前第15頁\共有36頁\編于星期二\14點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當前第16頁\共有36頁\編于星期二\14點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自燃重要的準則：壁溫T02是個臨界值，超過這個溫度，反應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。當前第17頁\共有36頁\編于星期二\14點決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當前第18頁\共有36頁\編于星期二\14點決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，P一定；

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

h變！TT0放熱速率：散熱速率：a點：b點：c點：相交：相切：相離：

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

h變！TT0放熱速率：散熱速率：abc自燃重要的準則：斜率h02是個臨界值，超過這個對流換熱系數(shù)，反應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。當前第21頁\共有36頁\編于星期二\14點決定曲線位置關(guān)系的因素：T0，h，PT0hP變變變不變不變不變不變不變不變當前第22頁\共有36頁\編于星期二\14點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：當前第23頁\共有36頁\編于星期二\14點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：b點：c點：相交：相切：相離：

abc當前第24頁\共有36頁\編于星期二\14點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自燃重要的準則：反應壓力P02是個臨界值，體系超過這個壓力，反應就會不斷加速直至著火，該壓力稱為臨界反應壓力，用Pa,cr表示。當前第25頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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C的位置左移，說明自燃點隨放熱量的增大而減小。當前第26頁\共有36頁\編于星期二\14點三、熱自燃理論的著火條件

（二）放熱速率的影響因素溫度升高，化學反應速度提高，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、壓力當前第27頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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活化能，加快反應速度。

少量水分可以起到催化劑的效果，自燃點較高的物質(zhì)含有少量的低自燃點物質(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、壓力當前第28頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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、壓力當前第29頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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、壓力當前第30頁\共有36頁\編于星期二\14點三、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、壓力當前第31頁\共有36頁\編于星期二\14點三、熱自燃理論的著火條件

（三）散熱速率的影響因素1、導熱作用導熱系數(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：通風不良角落處的浸油紗團或棉布；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，自燃點越高。當前第32頁\共有36頁\編于星期二\14點四、熱自燃理論中的著火感應期

直觀定義：可燃體系由開始發(fā)生化學反應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。著火感應期的存在原因：可燃體系在著火前由低溫化學反應到高溫燃燒反應，需要有個熱量逐漸積累、溫度逐漸上升過程，反應才能自動加速，而這個過程是需要時間的。當前第33頁\共有36頁\編于星期二\14點TabcT0TcTTct（一）T-t曲線圖四、熱自燃理論中的著火感應期

當前第34頁\共有36頁\編于星期二\14點一、理論分析

1、基本出發(fā)點：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