固体的燃烧速度
固体材料的引燃可以分为三个阶段
1\固体着火固体材料的引燃可以分为三个阶段固体受热时，温度升高产生包括气体燃料在内的热解产物第二个阶段，由于浓度梯度的存在，生成的燃料蒸气会穿过流体边界层向外扩散，并在边界层与周围的空气混合只要可燃混合物扩散到点火源处，将立即进入另一阶段，即发生化学反应出现“热失控”或有焰燃烧。
这就是引燃过程中的第三个阶段，即燃料蒸气发生化学反应的阶段。
tpy 为固体升温到Tpy 所需的热传导加热时间。
tmix 为扩散或输运时间，即一定浓度的燃料和氧输送到点火源所需时间tchem 为点火源处可燃混合物发生燃烧所需时间。
所以与前面分析的两个着火阶段相比，材料由于热传导而达到热分解温度的时间是着火时间最重要的组成部分，它控制了着火过程。
因此，可以认为材料的引燃时间近似等于其表面温度到达热解温度所需要的时间热薄与热厚可以将固体看作是没有体积和内部温差的，这类材料为热薄型固体材料。
材料的厚度要远小于材料的热穿透深度,典型情况是厚度小于1mm 的物体可以按热薄型处理。
对于d 足够小的热薄型固体，内部温差应远小于界面层处的温差热薄型 热厚型热薄型材料的引燃时间与材料的厚度和外界的热通量有关，厚度越大、热通量越小，引燃时间就越长，而对于热厚型材料而言，厚度对材料的引燃时间没有影响，仅与热通量的大小有关，热通量越大，引燃时间越小2\燃烧速率燃烧速率的严格定义是化学反应时燃料的质量消耗速率，通常发生在气相，但并不局限于气相。
起初炭层薄，两类材料无差别。
但炭层有一定厚度时，质量损失速率开始减小，燃烧速率的下降，且呈t-1/2的关系 。
对于不炭化的“液体蒸发型”材料则能产生稳态的最大燃烧速率，材料热解、蒸发的过程相对复杂，但我们可以将其看做液体的准稳态燃烧e ig ig )(qT T d ρc t p ''-≈∞2e ig ig ) (4q T T c k t ''-≈∞ ρπB 代表释放的化学能与（单位质量）燃料蒸发所需能量的比值，很明显，为维持燃烧它必须大于1，且B 同时包括了环境和燃料的性质因素。
固体、液体及气体的燃烧速度
G=vρ=0.15×750 kg/(m2･h)=112.5 kg/(m2･h)
燃烧学
液体燃烧速度的影响因素
• 燃烧区传给液体的热量
液体要维持稳定燃烧，液面需不断从燃烧区吸收热量，保 持一定的蒸发速度。
• 液体初始温度
液体初始温度越高，蒸发速度越快，可燃蒸气浓度越高， 燃烧速度越快。
燃烧学
• 储罐液面高度
油面初温较低时，油面初温升高，蒸发速度加快，液面上 可燃蒸气浓度增大，火焰蔓延速度随之增大。
【Q】火焰蔓延速度会随着油温升高而无限增大吗？
燃烧学
不会。当油面初始温度达到某个临界值后，液体表面燃气 与空气形成一定浓度比例的预混可燃气，其火焰传播速度是一 定的，因此油面火的蔓延速度会趋向于一个常数。
燃烧学
• 油面初温对燃烧类型的影响
油的初温低于闪点时，液面上方蒸气浓度低，不能维持燃 烧，火焰要向火焰前面的液体提供足够能量，加快蒸发速度使 之与火焰蔓延速度平衡，形成扩散燃烧。
油的初温低于闪点时，液面上方蒸气浓度足够大，且与空 气预先混合，形成预混燃烧。
燃烧学
• 风向对火焰蔓延速度的影响
顺风条件下，火焰向未燃区域倾斜，加强火焰对液面的热 辐射和热对流，风速对火焰蔓延影响显著，风速越大，火焰蔓 延速度越快。
燃烧学
1 液体的液(固)面燃烧
可燃液体的燃烧速度
燃烧学
油池燃烧
将盛装于圆柱形立式 容器中的液体燃烧称为油 池燃烧。
油池燃烧主要考虑单组分或沸程较窄的液体。
燃烧学
• 油池燃烧温度分布特点
单组分液体密 闭空间燃烧
产生火焰、 传递热量
液面温度升 高至沸点
但在敞开空间中燃烧，燃烧处于非平衡状态，热量不断地 由液面传递到液体内部，因此液面温度总是稍低于沸点。
固体物质的燃烧特点
固体物质的燃烧特点一、点火温度固体物质的点火温度是指能使固体物质开始持续燃烧的最低温度。
不同固体物质的点火温度不同，同一物质在不同的环境条件下点火温度也会发生变化。
点火温度与物质的物理状态、组成、含水率、压力等条件有关。
在常压下，许多固体物质的点火温度较高，需要达到几百摄氏度甚至上千摄氏度。
二、燃烧速率固体物质的燃烧速率是指单位时间内物质燃烧的厚度。
燃烧速率决定了燃烧过程的速度和燃烧区的宽度。
不同物质燃烧速率不同，与物质的性质、颗粒大小、含水率、供氧条件等因素有关。
在高温和充足的氧气条件下，许多固体物质的燃烧速率较快，导致燃烧区宽度增加，燃烧过程加速。
三、燃烧热固体物质的燃烧热是指单位质量的物质在完全燃烧时所释放出的热量。
不同物质燃烧热不同，同一种物质燃烧热也因条件不同而有所变化。
燃烧热的大小对于热能利用和火灾危险性评估具有重要意义。
一些物质如煤、木材等燃烧时释放出的热量较大，在能源利用和火力发电等领域有广泛应用。
而一些易燃、易爆物质如硫化物、白磷等燃烧热较大，火灾危险性较高。
四、燃烧产物固体物质的燃烧产物是指物质燃烧后所产生的气体、烟尘和灰烬等物质。
不同物质燃烧产物不同，其组成和性质与原始物质、燃烧条件等因素有关。
燃烧产物的组成和性质对于环境、设备和人身安全等方面都有重要影响。
例如，某些有毒有害气体的产生会对人体健康造成威胁，烟尘和灰烬的排放会对环境造成污染。
五、烟气组成固体物质的燃烧过程中会产生大量的烟气，其组成和性质因物质种类、燃烧条件等因素而异。
烟气中的气体成分主要包括氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气等，还可能含有少量的一氧化碳、硫化物、氮氧化物等有毒有害气体。
烟气中的颗粒物主要为未燃尽的碳黑和灰分，它们的粒径和浓度会影响烟气的能见度和污染程度。
此外，烟气中的含湿量也会影响其温度和污染物扩散。
了解烟气的组成和性质有助于对燃烧过程进行控制和净化处理，减少对环境和人体的危害。
火灾过程的基本参数及燃烧速度理论(精)
第二节 火灾过程的基本参数及燃烧速度理论
一、物质燃烧过程及其温度分布 二、火灾过程的基本参数* 三、燃烧速度理论
物质燃烧过程的种类和状况各种各样（如动力燃烧和扩散燃烧，均相燃 烧和异相燃烧，层流燃烧和湍流燃烧，爆燃和爆轰，完全燃烧和不完全燃烧 等），发生燃烧的条件各异（可燃物质的状态和布置，燃烧区的传质、传热 等）。因此，火灾本身各不相同，需要对一些火灾参数进行研究和探讨。 (一) 闪点、燃点、自燃点、热分解温度、氧指数 (为何只是固体的) 可燃固体的燃烧方式多种多样，有蒸发式燃烧、分解式燃烧、表面燃烧、 阴燃及动力爆炸。因固体燃烧特性比较复杂，反应可燃材料被点燃能力的指 标因此就较多，主要有： 1、闪点和燃点 某些低熔点的可燃固体发生闪燃的最低温度就是闪点；固体燃点是指对可 燃固体加热到一定温度，遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度。闪点和燃 点是评价固体火灾危险性的重要参数。一般情况下，闪点和燃点越低，火灾 危险性越大。表1-1、1-2分别列出了部分聚合物材料的闪点和燃点。
98.7 13.8 26.3 74.1 18.8 23.8 50.2 21.3 16.3 21.3 58.5
第二节 火灾过程的基本参数及燃烧速度理论
燃烧的特性是什么情况
燃烧的特性是什么情况(一)完全燃烧有机可燃气体燃烧，可燃气分子中所含的碳全部氧化成二氧化碳，氢全部氧化生成水，这样的过程称为完全燃烧。
可燃气发生完全燃烧所需的氧量称为理论氧量。
(二)燃烧热燃烧热的数值是用热量计在常压下测得，是单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧后冷却到18℃时所放出的热量。
其中，若把生成的水蒸气冷凝成水所放出的热量计算在内，则称为高发热值;若不把生成的水蒸气冷凝成水所放出的热量计算在内，则称为低发热值。
(三)燃烧温度1.理论燃烧温度理论燃烧温度是指可燃物与空气在绝热条件下完全燃烧，所释放出来的热量全部用于加热燃烧产物，使燃烧产物达到的最高燃烧温度。
某些可燃物在空气中的燃烧温度。
2.实际燃烧温度可燃物燃烧的完全程度与可燃物在空气中的浓度有关，燃烧放出的热量也会有一部分散失于周围环境，燃烧产物实际达到的温度称为实际燃烧温度，也称火焰温度。
显然，实际燃烧温度不是固定的值，它受可燃物浓度和一系列外界因素的影响。
(四)燃烧速度1.气体的燃烧速度可燃气体燃烧不需要像固体、液体那样经过熔化、蒸发过程，而是在常温下就具备了气相的燃烧条件，所以燃烧速度较快。
可燃气体的组成、浓度、初温、燃烧形式和管道尺寸对燃烧速度有重要影响，分述如下：(1)气体的组成和结构。
组成简单的气体比组成复杂的气体燃烧速度快。
氢的组成最简单，热值也较高，所以燃烧速度快。
(2)可燃气体含量。
从理论上说，可燃气体含量为化学计算含量，混合气体的热值最大，燃烧温度最高，燃烧速度也最快。
可燃气体含量高于或低于此含量时，燃烧速度都会变慢。
(3)初温。
可燃混合气体的燃烧速度随初始温度的升高而加快，混合气体的初始温度越高，则燃烧速度越快。
化工生产中，各种工艺中可燃气体温度都很高，也就是说这些可燃气体的初始温度很高，一旦由于某种原因起火，就会在极短的瞬间因燃烧速度快而导致爆炸。
(4)燃烧形式。
由于气体分子问扩散速度比较慢，所以采取扩散燃烧形式的气体燃烧速度是比较慢的，它的速度取决于气体分子间的扩散速度。
燃烧的条件及燃烧反应的影响因素
燃烧的条件及燃烧反应的影响因素燃烧是一种化学反应过程，是物质与氧气之间的强烈反应，产生火焰、热量和光线。
在自然界和生活中，我们经常能够观察到燃烧现象的发生。
而燃烧的条件和影响因素则是决定燃烧反应能否发生以及反应过程的关键要素。
本文将详细讨论燃烧的条件以及燃烧反应的影响因素。
一、燃烧的条件1.氧气：氧气是燃烧反应中必不可少的条件之一。
尽管空气中氧气的浓度只有21%，但这已经足够支持绝大多数物质的燃烧反应。
在有氧气存在的情况下，物质才能与氧气进行反应形成氧化产物。
2.可燃物：可燃物是指能够发生燃烧反应的物质。
常见的可燃物包括木材、纸张、石油、天然气等。
可燃物必须具有一定的燃点，即其能够被引燃并持续燃烧的温度。
3.点火源：点火源是引发燃烧的来源，可以是火花、明火、高温等。
点火源的作用是提供足够的能量，使可燃物的分子激发到足够高的能级，从而使燃烧反应开始并进一步扩大。
4.燃烧反应的形成：燃烧反应的形成基本上是一个自由基链式反应。
在这个反应环境中，起始自由基由点火源提供。
这个起始自由基会进一步引发链式反应，不断产生新的自由基，这些自由基会使反应继续进行，并且放出大量的能量。
二、燃烧反应的影响因素1.温度：温度是影响燃烧反应速率的重要因素之一。
一般来说，随着温度的升高，反应速率也会随之增加。
这是因为温度的升高会使反应物分子的动能增加，从而增加碰撞的频率和速度，加快反应速率。
2.反应物浓度：反应物浓度是影响燃烧反应速率的另一个重要因素。
通常情况下，反应物浓度越高，反应速率越快。
这是因为浓度的增加会使反应物分子之间的碰撞概率增加，从而增加反应速率。
3.催化剂：催化剂是一种能够加速燃烧反应速率的物质。
它通过参与反应过程并提供一个新的反应路径，降低活化能，从而加速反应速率。
催化剂本身在反应中不消耗，可以循环使用。
4.物质的物理状态：物质的物理状态也会对燃烧反应产生影响。
一般来说，固体燃料燃烧速率较慢，液体燃料燃烧速率适中，而气体燃料燃烧速率较快。
燃烧学 第七章 固体燃料的燃烧
即：
kCs = ad (C∞-Cs )
Cs
ad k ad
C
二、推导碳燃烧速度
• 于是
ws0 kkadad Ck11a1d C
碳的燃烧速度：
Gsc
ws0
1 1 1
C
k ad
碳与氧的化学计量比
• 一次反应和二次反应同时交叉平行进行着，构成碳燃烧过程的基本化
学反应。
一、碳燃烧的化学反应机理
• 当碳表面有水蒸气存在时，还可能进一步进行以下的反应：
C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 3C+4H2O=4H2+2CO+CO2 C+2H2=CH4
• 在靠近碳表面的气体层中，还可能发生下列反应：
– 高能氧分子份额增多了，但同时已溶解的氧分子的解脱 作用也加大了；
– 碳和氧的一次反应通过晶体边界的棱和顶角的化学吸附 完成；
– 高温下氧分子撞击碳表面的频率增大，但此时化学反应 取决于较慢的化学吸附速度，与氧分子浓度和撞击频率 无关。属于零级反应。
– 化学吸附形成络合物：
3C+2O2 = C3O4 – 高温下自行热分解
7.2 煤的热解
一、概述
• 煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。 • 热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这些焦油和气体称
为挥发分。
• 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃气体包括一
氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。
• 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于加热升温速度、加热最
三、煤的热解反应动力学模型
• Stickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒在快
实验4 易燃固体燃烧速度实验
实验四易燃固体燃烧速度实验实验目的1、学会使用固体燃烧速度测定仪测定金属和非金属样品的燃烧速度。
2、根据燃烧速度的数值评价易燃固体的相对危险性，即包装等级。
实验样品金属镁粉：150克冰片：150克实验原理及包装等级标准1、用气体火焰点燃样品，看样品是否出现燃烧带着火焰或冒烟传播。
如果在规定的时间内出现传播，那么进行下一步试验来确定燃烧速率和强度。
2、用同样的方法点燃样品，测试样品在规定的长度内的燃烧时间来确定样品的燃烧速率和强度。
3、易于燃烧的固体（金属粉末除外），如燃烧时间小于45秒并且火焰通过湿润段应划入II 类包装。
金属或金属合金粉末，如反应段在5分钟以内蔓延到试样的全部长度，应划入II 类包装。
4、易于燃烧的固体（金属粉末除外），如燃烧时间小于45秒并且湿润段阻止火焰传播至少4分钟，应划入III类包装。
金属或金属合金粉末，如反应段在大于5分钟但小于10分钟内蔓延到试样的全部长度，应划为III类包装。
实验仪器固体燃烧速度测定仪、2kg液化气罐、样品盛装模具。
图1 图2如图1、图2所示盛装样品的模具示意图。
模具装样品部分的尺寸为长250毫米、剖面高10毫米和宽20毫米的三角形。
三角形样品料堆台板箱体燃烧喷嘴导热性低的地板通液化气体图3如图3所示样品燃烧台，将样品放在导热性低的底板上，用液化汽喷嘴喷出的高温火焰灼烧样品的一端，直到粉末点燃或在规定的时间内不反应。
使用液化气罐点燃火焰。
实验程序1、初步甄别试验将粉状或颗粒状样品松散地装入模具。
然后让模具从20毫米高处跌落在硬表面上三次。
在模具顶上安放冷的不渗透、低导热的平板，把设备倒置，拿掉模具把平板放到燃烧台上（如图3所示）。
用液化汽喷嘴（最小直径5毫米）喷出的高温火焰（最低温度1000℃）烧样品带的一端，直到样品点燃，喷烧最长时间为2分钟（金属或合金粉末为5分钟）。
应注意燃烧在2分钟（或金属粉为20分钟）试验时间内是否沿着样品带蔓延200毫米。
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风还使火焰倾斜，增强了向未燃区域表面的传热速率，所以， 在一定风力范围，风速越大，燃烧速度越快。 当风速增加到某一临界值时，固体表面的热损失远大于 燃烧的放热量，使得温度降低到燃点以下，火焰熄灭，燃烧 停止。
燃烧学
•
阻燃剂
可燃性固体用阻燃剂处理后，氧指数升高，燃烧性能减弱，
使易燃材料变成难燃或不燃材料；有的仅炭化不着火、不冒烟； 有的虽炭化、着火或发烟，而一旦离开火源，自动熄灭。
•
火灾负荷
火灾负荷是指单位火场面积上的可燃物数量。火灾负荷
大，火场放热率高，燃烧速度加快。
燃烧学
•
燃烧方向
由于燃烧的火焰和产物向上扩散，使未燃部分预热升温，
促使升华、分解，燃烧速度加快。因此，固体呈垂直燃烧时
速度最快。
垂直向上>水平方向>垂直向下。
燃烧学
•
空气流速
外界的空气流动会大大增加可燃固体表面氧气的供给，
•
氧指数 (OI )
是指在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平
稳燃烧所需的最低氧气浓度。其计算公式如下
OI
O 100% O N
2 2 2
燃烧学
【Q】氧指数的大小与燃烧性能呈现怎样的关系？
氧指数越大，材料的燃烧性能越差，燃烧速度越低。 OI>50%，不燃材料；50%>OI>27%，难燃材料； 27%>OI>20%，可燃材料； OI<20%，易燃材料。
则
m0 m 2 G 60 （4 60） 4kg/(m h) Ft
燃烧学
1
固体的燃烧速度
2
燃烧速度的影响因素
燃烧学
内因
• 固体的理化性质和结构
在相同外界条件下，固体物质的 化学活性越强，燃烧速度越快。 Na在空气中快速的蒸发燃烧，而 Fe在高温下缓慢的表面燃烧。
燃烧学
式中：G—质量燃烧速度；m0—燃烧前的固体质量；m— 燃烧后的固体质量；t—燃烧时间；F—固体的燃烧面积。
燃烧学 【例】已知 100kg 某木材燃烧 4min 后，其单位面积上的质量
损失率为60%，试求该木材的平均质量燃烧速度。
解：由题意得
m m0 60% mF m m0 60% 100kg 60kg F
燃烧学
【Q】固体的热分解温度与其火灾危险性呈现怎样 的关系？
可燃固体的热分解温度越低，则越容易分解产生可燃气
体，燃点也越低，也就越容易发生火灾，因此，火灾危险性
越大。
燃烧学
固体燃烧速度的表示方法
• 质量燃烧速度
是指一定条件下可燃性固体在单位时间和单位面积上烧掉 的质量，即
m0 m G Ft
燃烧学
——固体的燃烧速度
燃烧学
1
固体的燃烧速度
燃烧速度的影响因素
燃烧学
相关概念
熔点：在一定压力下，纯
物质的固态和液态呈平衡时的 温度。 闪点：物质挥发遇火源出 现一闪即灭现象的最低温度。
燃烧学
燃点：用火源点燃可燃物，火源移走后，物质仍能持续
燃烧的最低温度。
自燃点：在规定的条件下，可燃物发生自燃的最低温度。 热分解温度：是指可燃固体发生分解时的初始温度。
燃烧学
外因
• 固体比表面积
比表面积即为单位体积物质的总表面积。比表面积越大， 燃烧速度越快。
•
水分及不燃介质含量
固体中或表面的水分、泥土等介质可看作阻燃剂，含量
越高，固体的氧指数越大，燃烧速度越慢。
燃烧学
•
固体物质的密度和热容
燃烧速度与固体密度的平方成反比，密度越高，燃烧速
度越慢；而热容大，导热性差的物质，燃烧速度也慢。