浓缩燃烧学

第3章1.简述谢苗诺夫热自燃理论，并从理论上分析着火条件。某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反应，反应产生的热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散热时，体系的温度升高，化学反应速度加快，产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至着火燃烧。理论分析（放热速度Q（1）-Q(2)=VCdT/dt2.在自由基链锁着火理论中，着火的条件是什么？基于该理论，灭火的措施有哪些？并说明这些措施的灭火作用机理。链分支速率大于链终断速度（注意：链分支速率等于链终断速度时不能引起着火）灭火作用机理：1）降低系统温度，以减慢自由基增长速度（自由基增长的过程需要吸收能量，温度高自由基增长块，相反则增长慢）2）增加自由基在固相器壁销毁速度（二者相碰时自由基会将自己大部分能量传递给固体器壁，本身结合成稳定分子，加入惰性固体颗粒）3）增加自由基在气相中的销毁速度（自由基在气相中遇到稳定分子会将自己的大部分能量传递给它，自己结合成稳定分子，卤代烷灭火剂就是这个原理）3.Frank-Kamenetski自燃理论：体系是否达到稳态温度分布就成为判断物质体系能否自燃的依据。固体自燃临界准数δcr仅仅取决于体系的外形。自燃准数δ与可燃物尺寸的平方成正比与温度的平方成反比。应用：利用此理论并辅以一定试验手段，可以研究各种物质体系发生自然的条件借用此法我们可以通过小规模试验来确定大量堆积固体发生自燃的条件，为预防堆积固体自燃和确定自燃火灾的原因提供坚实的理论依据。4.下列现象或实验结果可用哪种着火理论解释？(1)可燃气体爆炸存在浓度极限；（谢苗诺夫）(2)可燃物燃烧或爆炸存在着火感应期；（谢苗+链式）(3)氢气/氧气体系有三个着火极限；（链式自然理论）(4)当可燃气体的压力低于某一极限压力时，不能燃烧或爆炸；（谢）(5)卤代烷有很好的灭火效能。（链式论）5.自由基链式理论解释H2/O2体系的三个爆炸极限：1）保持系统温度不变而降低压力，P点则向下垂直移动自由基器壁消毁（为主）速度加快,当压力下降到某一数值后，fg,φ0,（第一极限）2）保持系统温度不变而升高压力，P点则向上垂直移动自由基气相消毁（为主）速度加快,当压力身高到某一数值后，fg,φ0（第二极限）3）压力再增高，又会发生新的链锁反应，导致自由基增长速度增大，于是又能发生爆炸（第三极限）6.强迫着火（复杂）和自燃不同之处：a强迫着火仅仅在混气局部（点火源附近）中进行，而自发着火则在整个混气空间进行。b自发着火是全部混合气体都处于环境温度T0包围下，由于反应自动加速，使全部可燃混合气体的温度逐步提高到自燃温度而引起。强迫着火时，混气处于较低的温度状态，为了保证火焰能在较冷的混合气体中传播，点火温度一般要比自燃温度高得多。c可燃混气能否被点燃，不仅取决于炽热物体附面层内局部混气能否着火，而且还取决于火焰能否在混气中自行传播。高温质点引燃可燃混合气体的条件：炽热物体温度升高，点燃成功。7.电火花引燃着火机理：一是着火的热理论，它把电火花看作为一个外加的高温热源;二是着火的电理论，火花部分的放电气体被电离（低温时为主）而形成活性中心，提供进行链锁反应的条件，由于链锁反应的结果使混合气燃烧起来。影响因素：1）热熔越大，最小引燃能越大，混气不容易引燃，因为热熔打，混气升温时吸收的热量多.2）导热系数K越大，最小引燃能越大，混气不容易引燃，因为火花能量被迅速传导出去，使与火花接触的混气温度不易升高.3）燃烧热大，最小引燃能小，混气容易引燃.4）混气压力大，即密度大，最小引燃能小，表明混气容易引燃（5）混气初始温度高，最小引燃能小，混气容易引燃6）混气活化能E大，最小引燃能大，混气不容易引燃。必要条件：电极距离熄火距离；放电能量最小引燃能第四章1.预混可燃气燃烧波传播存在的两种方式：缓燃和爆震缓燃传播特点：依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播；传播速度一般不大于1～3m/s；传播稳定，条件一定，速度定。爆震（爆轰）传播机理：传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应的，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。传播速度很高，常大于1000m/s，超音速；传播过程也是稳定的。4.影响层流预混火焰传播速度的主要因素：a燃料/氧化剂比值；b燃料结构；c压力；d混合物初始温度；e火焰温度；f惰性添加剂；活性添加剂。5.可燃气体爆炸参数及测量方法：1）爆炸压力：Pm：某种可燃气体在某一浓度的最大爆炸压力；2）爆炸最大压力：Pmax：某种可燃气体在一个大浓度范围内的最大爆炸压力3）升压速度：某种可燃气体在一浓度时的升压速度4）最大升压速度：某种可燃气体在一个大的浓度范围内的最大升压速度5）爆炸指数Km；6）最大爆炸指数Kmax：7）扰动指数tv（点燃延迟时间）：tv开始注入空气—可燃气体和启动点火源之间的时间间隔8）扰动指数Tu测量方法：试验方法分为动静态可燃气体爆炸试验两种5.爆炸极限主要影响因素：1）初始温度（爆炸性混合物初始温度越高，则爆炸极限范围越大）；2）初始压力（一般压力增大，爆炸极限增大，压力降低爆炸极限范围变小，压力降至临界压力以下则不爆炸，压力对爆炸上限的影响十分显著，但对下限影响较小）；3）惰性介质即杂质（上限影响大（混合物中含惰性气体的百分数增加，爆炸极限范围变小，提高到某一个值则不爆炸）；4）容器（材质和尺寸对爆炸都有影响，尺寸太小则不能发生爆炸（直径小，爆炸范围小）；5）点火能源（热表面的面积，火源与混合物的接触时间等对爆炸极限都有影响）6.爆轰的发生过程与本质：开始的燃烧波是正常的火焰传播，在正常火焰的影响下，温度升高，体积膨胀，压缩未燃气体，产生一系列的压缩波，向未燃气体传播，压缩波重叠在一起形成激波，激波后面的压力非常高，使未燃混气着火，正常火焰与激波引起的燃烧合二为一，激波后的已燃气体又连续的向前传递一系列的压缩波，并不断提供能量以阻止激波强度的衰减，从而形成爆轰。7.形成爆轰要具备条件：1）初始正常火焰传播能形成压缩扰动2）管子要足够长或者自由空间的预混气体体积要足够大（压缩波形成激波是一个过程，所以要有一定的距离）3）可燃气要浓度要处于爆轰极限范围内（4）管子直径大于爆轰临界直径（管子直径越小，火焰的热损失越大，自由基器壁销毁越严重，火焰传播速度越慢）。8.预防和控制可燃气体爆炸的方法：1）严格控制火源（2）防止预混可燃气体的产生（3）用惰性气体预防气体爆炸（4）用阻火装置防止爆炸传播（5）用爆轰抑制器抑制爆炸（6）用泄压装置保护设备，防止爆炸灾害的扩大，减少损失（7）用爆炸抑爆装置抑制爆炸。9.阻火隔爆装置：安全水封、阻火器和单向阀。爆轰抑制器消焰径（或消焰直径）是设计阻火器的重要参数。消焰径是指使混合气体着火时，不传播火焰的管路临界直径。通过金属网阻火器的火焰，由于与网面接触，火焰中的部分活性基团（自由基）失去活性而销毁，使链式自由基反应中止。10.湍流燃烧特点：火焰长度短，厚度较厚，发光区模糊，有明显噪音等。燃烧强化，反应率增大。比层流燃烧速度快的原因：（1）湍流可能使火焰面弯曲皱折，增大了反应面积。2）湍流增加热量和活性物质的输运速率，从而增大了垂直于火焰面的燃烧速度；3）湍流可以快速地混合已燃气和未燃新鲜可燃气，使火焰在本质上成为均混反应物，从而缩短混合时间，提高燃烧速度。11.气流速度和管子横截面积在扩散火焰中影响火焰的高度：随着流速（或Re数）的增加，焰锋高度几乎成线性增高，直达到最大值；此后，流速的增加将使火焰焰锋顶端变得不稳定，并开始颤动。随着流速进一步的提高，这种不稳定现象将逐步发展为带有噪音的湍流刷状火焰。由于湍流扩散，燃烧加快，迅速地使火焰的高度缩短。速度若再进一步提高，火焰的高度保持一个定值，但火焰的噪音却会继续增大，火焰的亮度亦会继续减弱。最后在某一速度下火焰会吹离喷管口。12.lmol可燃气完全燃烧所需氧气摩尔数越大，扩散火焰高度越高，环境中氧浓度越低，扩散火焰高度越高的原因：扩散层流火焰高度与氧和可燃气的化学当量比有关。第五章1.液体燃烧形式：按液体燃料蒸发与汽化的特点，可分为：1）液面燃烧（2）灯芯燃烧（3）蒸发燃烧（如液化石油气灶具）；4）雾化燃烧（液体燃烧主要形式）2.饱和蒸汽压：饱和蒸汽（单位时间从液体表面逸出的分子数等于返回液面的分子数，此时的蒸汽称为饱和蒸汽）所产生的压力。静蒸发：液体在容器中处于静止状态，液面空气（或其他气体）不流动时液体的蒸发动蒸发：液体在流动的气流中分散为细小的颗粒的蒸发。3.闪燃：T小，蒸发慢，蒸发浓度下限，点不着；T增大；在可燃液体的上方。蒸汽与空气的混合气体遇火源发生一闪即灭的瞬间燃烧现象。液体发生闪燃原因：其表面的温度不高，蒸发速度小于燃烧速度，蒸发来不急补充被烧掉的蒸汽，而仅能维持一瞬间的燃烧。消防意义：可为可燃液体火灾危险等级分类，甲类（闪点28度，汽油-38）；乙类28-60度煤油40度；丙类60,柴油65。4.有机液体的闪点变化规律：1)同系物闪点随分子量增加而升高。2）同系物闪点随沸点的升高而升高，3）同系物闪点随比重的增大而升高。4）同系物闪点随蒸气压的降低而升高，5）同系物中正构体比异构体闪点高。它和碳原子数相同的异构体中，支链数增多，造成空间障碍增大使分子间距离变远，从而使分子间力变小，闪点下降。6.爆炸温度极限：根据蒸汽压理论，对特定的可燃液体，饱和蒸汽压与温度一一对应，蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限。用其分析火灾危险性：1）凡爆炸温度下限（t下）小于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均能发生爆炸；2）凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸；（3）凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其咆和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。7.大气层压力对液体爆炸温度极限的影响：压力升高，闪点高，使爆炸温度上下限升高，反之则下降，这主要是因为总压力升高时，为使蒸汽浓度达到爆炸浓度极限，需要相应地增加蒸汽压力。8.直径平方定律122tKddsK蒸发常数t时间9.油品的燃烧速度（取决于液体蒸发速度）与容器直径的关系：1当直径很小的时候，所以速度与直径近似成正比的关系。2当直径很大时，所以有速度与直径近似无关系。结合火焰向液体传热的机理（灭火）：外部与液体的热交换过程，泡沫灭火剂减少热流量，防止液体蒸发。10.液体温度对液面火焰传播速度的影响：开始时可燃液体液面火的蔓延速度随初温的增高而加快;当温度超过某个值之后，液面火的蔓延速度趋于某个常数。11.什么叫做热波，热波是如何形成的？什么叫做沸溢?什么叫做喷溅？分别简要说明沸溢和喷溅的形成条件和形成过程，并说明它们有什么相同点和不同之处?热波：在燃烧的过程中，火焰向液面传递的热量首先使低沸点的组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质部分，则携带在表面接受的热量向液体深层沉降，形成一个热的锋面向液体深层传播，逐渐深入并加热冷的液面，这一现象称为液体的热播特性，热的锋面。热波的形成：火灾形成后火焰加热液面，液面液体蒸发，低沸点液体先蒸发，高沸点组份形成高温重质微团，高温重质微团下沉，对流换热，将热量向下传递，形成热波。沸溢：在热波向液体深层运动时使油品中的乳化水汽化，蒸汽向上移动的过程中形成油包气的气泡（油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫），气泡上升，使液体体积膨胀，向外逸出，同时部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸汽膨胀力抛出罐外，使液面猛烈沸腾起来，在热波向液体深层运动时，就象“跑锅”一样，这种现象叫沸溢。沸溢形成必须具备三个条件：1）原油具有形成热波的特性，即沸程宽，比重相差较大；2）原油中含有乳化水，水遇热波变成蒸气；3）原油粘度较大，使水蒸气不容易从下向上穿过油层。如果原油粘度较低，水蒸气很容易通过油层，就不容易形成沸溢。喷溅：原油中的水以水垫形式存在，随着燃烧的进行，热波的温度逐渐升高，热