爆炸极限的计算

第4章可燃气体燃烧第2章燃烧参数的计算第1章燃烧基础与特征消防燃烧学第3章着火与灭火基本理论第四章可燃气体燃烧1预混火焰传播理论2可燃气体爆炸与爆轰3爆炸极限4气体爆炸的预防5湍流燃烧与扩散燃烧4.1预混火焰传播理论火焰（燃烧波）在预混气体中有传播方式：1.正常火焰传播1.燃烧后气体压力减小或接近不变2.燃烧后气体的密度减小3.燃烧波（火焰）以亚音速传播2.爆轰：由燃烧引起并依靠燃烧维持的超音速火焰传播形式1.燃烧后气体压力增大2.燃烧后气体的密度升高3.燃烧波（火焰）以超音速传播3.爆轰发生的条件1.容器直径大于临界直径2.管道要有足够的长度3.混气浓度在爆轰极限浓度范围之内思考：1.爆轰现象通常在哪些场所发生？2.如何预防爆轰现象的发生？正常火焰传播速度受哪些因素影响？4.2层流预混气中正常火焰传播速度1.火焰是如何传播的？2.影响火焰传播速度的因素有哪些？3.火焰传播速度的测定一、火焰传播机理1.火焰前沿：已燃区和未燃区之间的薄薄的化学反应区2.火焰前沿的特点：（1）包括预热区和化学反应区两部分（2）存在强烈的导热和物质扩散3.火焰传播机理：（1）热理论：火焰加热未燃区域，使其温度升高（2）扩散理论：火焰中自由基向未燃区域扩散二、层流火焰传播速度—马兰特简化分析1.出发点：预热区温度升到着火温度所需热量与化学反应区传递的热量相等。2.有用的结论：公式4-10压力是如何影响层流火焰传播速度的？答：压力对层流火焰传播速度的影响与反应级数n有关。当n2时，火焰传播速度随压力升高而减小。当n2时，火焰传播速度随压力升高而增大。当n=2时，火焰传播速度与压力无关。三、影响层流火焰传播速度的因素2.初温：初温越高，燃烧速度越快，火焰传播速度越大3.可燃气与空气的比值：稍高于化学计量比时，传播速度最大4.惰性气体含量：惰性气体含量越高，速度越小5.混气的导温系数：导温系数越高，速度越小PC1.压力：与反应级数有关下列灭火剂哪一类的灭火效率最高？A高的热容和高的导热系数B低的热容和低的导热系数C高的热容和低的导热系数D低的热容和低的导热系数四、层流火焰传播速度的测定2.实际火焰外形：弯曲锥体3.火焰速度分布：距离中心越远，速度越小1.理想层流预混火焰形状：正锥体4.平均速度计算：距离中心0.9R处火焰速度。cos)1(cos220RrUUSil例：管径为10cm，中心气流速度为484cm/s，距离半径4.5cm处火焰面的θ=60º，求火焰传播速度？4.2层流预混气中正常火焰传播速度2.火焰的传播机理（1）热理论（2）扩散理论3.影响火焰传播速度的因素（5）初温、压力、浓度、惰气、导温系数4.火焰传播速度的计算1.火焰前沿及其特点？cos)1(cos220RrUUSil4.3可燃气体爆炸参数1.爆炸温度2.爆炸压力3.爆炸升压速度4.爆炸威力指数5.爆炸总能量4.4爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限？2.影响气体爆炸极限的因素？3.气体爆炸极限的计算4.气体爆炸极限的实际应用5.气体发生分解爆炸的条件一、影响爆炸极限的因素爆炸下限：遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最低浓度。爆炸上限：遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最大浓度。1.火源能量：能量越高，爆炸极限越宽，危险性越大思考：为何存在爆炸极限？2.初温：初温越高，极限变宽，危险性越大3.初始压力：压力增大，极限变宽（干燥CO除外）4.惰气含量：含量越高，极限变窄，危险性减小二、爆炸极限的计算-----经验公式1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数（N）计算%100476.44%1001176.41NXNX上下）（例：试利用1mol乙烷燃烧所需氧原子mol数估算其爆炸极限%7.10%1004776.44%100476.44%38.3%10011776.41%1001176.417NXNXN上下）（）（解：二、爆炸极限的计算-----经验公式2.根据燃烧反应燃烧的化学计量浓度（X0）计算OOXXXX8.455.0上下例：试利用丙烷燃烧时计量比估算其爆炸极限%6.9~%2.26.903.48.48.48.42.203.455.055.0%03.476.4511%43522283所以：爆炸极限为解：上下OOOOXXXXXXOHCOOHC二、爆炸极限的计算-----经验公式3.根据燃烧热估算爆炸下限常数下mQX例：已知乙烷爆炸下限为3%，Qm=1426kJ，丙烷Qm=2041kJ求，丙烷爆炸下限二、爆炸极限的计算-----经验公式4.多组分混气爆炸极限计算----莱-夏公式%1001332211XPXPXPX注意：P为某组分体积所占总可燃气的百分含量例：某空气中，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷含量分别为0.8%，1.2%，1.0%，0.5%，问该混气是否有爆炸危险？关键：P的计算！！！！二、爆炸极限的计算-----经验公式5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算---分组例：H2=12.4%，CO=27.3%，CO2=6.2%，H2=12.4%，O2=2%，CH4=0.4%，N2=53.4%利用莱夏公式组合解：)2()1(二、爆炸极限的计算-----经验公式1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数（N）计算2.根据燃烧的化学计量浓度（X0）计算3.根据燃烧热估算爆炸下限4.多组分混气爆炸极限计算5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算三.气体爆炸极限的实际应用1.评定气体和液体蒸气的火灾危险性2.评定气体生产、贮存火险类别，选择电器防爆类型3.确定建筑耐火等级、防火分区4.确定安全生产措施a：密闭、防泄露b：防火安全措施c；灭火措施确定d：惰气保护爆炸危险度四.分解爆炸1.常见易发生分解的气体乙炔、乙烯、氧化乙烯、氮氧化物2.发生分解的条件A：分解过程为放热反应B：热源有一定的能量C：初始压力大于临界压力4.4爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限？2.影响气体爆炸极限的因素*初温、初压、火源能量、惰气含量3.气体爆炸极限的计算*（五种类型）1.利用氧原子摩尔数4混合组分爆炸极限4.气体爆炸极限的实际应用（四点）5.气体发生分解爆炸的条件（三点）4.5气体爆轰1.何谓气体的爆轰？2.爆轰发生过程3.爆轰的破坏特点4.爆轰的预防一.爆轰的发生过程1.燃烧释放能量使周围气体压力升高，形成“燃气活塞”3.经过一定时间，后面的压缩波赶上前面的压缩波，二者叠加形成“激波”爆轰：实质上属于一种激波，它因预混气体的燃烧而发生，并依靠燃烧释放的能量来维持2.“燃气活塞”压缩未燃气体，使其温度升高，燃烧产生一系列“压缩波”，且压缩波的传播速度大于燃烧速度。4.“激波”的高压高温作用，使正常火焰面前方一定距离的处首先着火，后与正常火焰合二为一，形成“爆轰”爆轰前期距离约为管径的2-4倍二.爆轰的特点1.速度快—超音速，约2000m/s1.泻压装置失效2.波速与混气比例有关3.压力很高，约15~20个大气压，拐弯处会形成反射增压现象2.易造成设备爆裂。三.爆轰的破坏作用四.爆轰的预防1.安装阻火器2.铺设管道时，经一定距离后有意增大管径4.5气体爆轰1.何谓气体的爆轰2.爆轰发生过程燃气活塞、压缩波、激波、爆轰3.爆轰的破坏特点速度快、压力高4.爆轰的预防阻火器、增大管径4.7气体爆炸的预防讨论：预防气体爆炸的方法有哪些？一.预防气体爆炸的原则1.严格控制火源2.防止形成爆炸性预混气体4.设置泻压装置3.切断爆炸传播途径4.7气体爆炸的预防1.何谓气体的爆轰2.爆轰发生过程燃气活塞、压缩波、激波、爆轰3.爆轰的破坏特点速度快、压力高4.爆轰的预防阻火器、增大管径第四章可燃气体的燃烧一、预混气体中火焰的传播理论二、层流预混气中正常火焰的传播速度三、可燃气体爆炸四、可燃气体的爆炸极限五、爆轰六、气体爆炸的预防七、湍流燃烧和扩散燃烧第六节气体爆炸的预防预防原则1.严格控制火源2.防止形成爆炸性混合气体3.切断爆炸传播途径4.及时泄压，防止爆炸范围扩大和爆炸压力升高1.严格控制火源火源类型产生原因典型火灾案例明火源电焊、气焊溶珠洛阳东都商厦火灾电火花设备启动、关闭和短路某化学实验室爆炸事故94年杭州天工艺苑1.30特大火灾冲击、摩擦火花固体壁面摩擦纺织车间粉尘爆炸静电火花静电累积不能及时导走某化工企业蒸馏车间火灾火星、烟头机动车尾气管未燃尽香烟93南京金陵石化炼油厂汽10.21火灾94辽宁阜新艺苑11.27特大火灾热辐射高温表面94新疆克拉玛依友谊馆12.8特大火灾2.防止形成爆炸性混合气体管道、设备严格密封，设置监测装置通风良好惰气保护惰气中的氧含量临界氧含量惰气需要量//2121OOVVOOOVVOOVxx对乙烷用氮气保护，氧含量临界值为11%，设备内原有空气100m3，求：1.纯氮气需要量？2.若加入氮气中含有6%的氧气，则需要该种氮气量为多少？9.9010011112121)1(VOOVx解：200100611112121)2(/VOOOVx3.切断爆炸传播途径1.安全水封有几种？它们是利用什么原理阻止火焰蔓延的？2.使用安全水封要注意那些问题？3.阻火器的阻火原理是什么？4.常见的金属网阻火器有何特点？使用时有何要求？4.泄压装置1.常用的泄压装置有哪些？2.安全阀的工作原理是什么？3.爆破片是如何泄压的？4.安全阀和爆破片有何区别？第七节湍流燃烧和扩散燃烧1.气体或液体的流动状态有几种？2.何谓层流？何谓湍流？二者有何区别？3.湍流的本质是什么？4.与层流燃烧相比，湍流燃烧有何特点？为什么？5.湍流燃烧火焰的传播速度与何因素有关？6.何谓扩散燃烧？它与预混燃烧有何区别？7.火焰高度与那些因素有关？它们是如何影响火焰高度的？第七节湍流燃烧和扩散燃烧一、湍流燃烧（一）、层流与湍流1.层流：流体质点流动时，各层之间互不相混，互不干扰，各自沿直线向前流动。2.湍流：流体质点流动时处于完全无规则的乱流状态，甚至出现旋涡。3.湍流的本质流体中各质点速度的大小和方向以及流体内部各处压力随时间不断变化。脉动：流体质点参数对时间的瞬息变化现象。4.湍流燃烧：空气或可燃气的流动呈湍流状态的燃烧（二）、湍流燃烧特点：1.比层流火焰短；火焰增厚；发光区模糊，有明显噪声。2.原因：（1）湍流使火焰面变弯曲，增大了反应面积（2）湍流加剧了热和自由基的输送速率，因而增大了燃烧速度（3）湍流缩短混合时间，提高了燃烧速率。（三）、湍流火焰传播速度（ST）1.影响因素；Re；P；T2.Re对ST的影响2300Re6000Re23006000Re无关与ReTSReTSReTS25.0.3PST25.0.4TST二、扩散燃烧（一）扩散燃烧：由扩散过程控制的燃烧（二）扩散火焰的外形：1.有扇形和封闭伸长形两种2.火焰的外形只与供给的空气量有关（三）扩散火焰横向物质浓度分布（四）扩散火焰横向温度分布火焰锋面——氧气浓度变化火焰锋面横向物质浓度分布——产物浓度变化浓度距离2o——燃料浓度变化思考：1.火焰锋面处何种物质浓度为0？A可燃气B燃烧产物C氧气D氮气2.可燃气浓度在何处最大？A中心线处B火焰封面处C无穷远处3.氧气浓度在何处最大？A中心线处B火焰封面处C无穷远处4.在扩散火焰中，可燃气与氧气的扩散速率（）A相等B等于化学计量比C大于化学计量比扩散火焰面温度分布T距离——温度变化T0TfT思考：1.扩散火焰何处温度最高？A中心线处B火焰封面处C无穷远处2.何处温度最低？A中心线处B火焰封面处C无穷远处三火焰高度1.层流扩散火焰高度受哪些因素影响？为什么？2.湍流扩散火焰高度与哪些因素有关？3.如果一摩尔可燃气所需要的氧气的摩尔数越多，其扩散火焰的高度将（）A升高B不变C降低4.如果环境氧含量越高，可燃气扩散火焰的高度将（）A升高B不变C降低小结：1.气体或液体的流动状态有几种？2.何谓层流？何谓湍流？二者有何特点？3.湍流的本质是什么？4.与层流燃烧相比，湍