燃烧和爆炸特性、机理和速度
燃烧与爆炸基本原理
由于火焰传播的不稳定性，故火焰速度的测定易受各种条 件的影响。例如，气体流动中的耗散性、界面效应、管壁 摩擦、密度差、重力作用、障碍物绕流及射流效应等可能 引起湍流和漩涡，使火焰不稳定，其表面变得皱褶不平， 从而增大火焰面积、体积和燃烧速率，增强爆炸破坏效应。 在某些条件下燃烧可转变为爆轰，达到最大破坏效果。
分子式
C3H6O CH3COC2H5
CH3OH H2
CO
基本燃烧速度/ m/s 0.54 0.42 0.56 3.12
0.46
C6H14
0.46
ห้องสมุดไป่ตู้
二氧化碳
CS2
0.58
C2H4
0.80
苯
C6H6
0.48
C3H6
0.52
甲苯
C6H5CH3
0.41
C4H8
0.51
汽油
C6H5CH3
0.40
C2H2
1.80
CaHbOcSdyccO2 aCO2b2H2O(g)dSO2
bc
ycc
a d 42
燃料的浓度称为燃料在氧气中的化学计量浓度，表示为
ycho
1 1 ycc
1.1燃烧的基本概念
可燃气体在空气中燃烧时，若把空气组成视为氧气占 20.95％，其他占79.05％，则当燃料 CaHbOcSd 与空气的混合 比例恰好满足热化学方程式
1.1燃烧的基本概念
➢氧气不足，燃料有剩余， y ymin 。在这种条件下，只有 部分C元素被氧化为CO，无CO2生成，部分H元素被氧化 为H2O，部分S元素被氧化为SO2，剩余燃料气以气态分 子形式存在，
燃烧和爆炸理论重点
第三章 物质的燃烧
预混气中火焰的传播理论：火焰（即燃烧波）在预混气中传播，从气体动力学理论可以证明存在两种传播方式：正常火焰传播和爆轰。
（Ⅰ）区是爆轰区。特点：①燃烧后气体压力要增加 ②燃烧后气体密度要增加 ③ 燃烧波以超音速进行传播
（Ⅲ）区是正常火焰传播区。 特点：① 燃烧后气体压力要减少或接近不变；② 燃烧后气体密度要减少； ③ 燃烧波以亚音速（即小于音速）进行传播。
火焰前沿的特点：（1）火焰前沿可以分成两部分：预热区和化学反应区。 （2）火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。
火焰传播机理：（1）火焰传播的热理论：火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。
（2）火焰传播的扩散理论：凡是燃烧都属于链式反应。火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的结果。
可燃物质在空气充足的条件下，达到一定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能持续燃烧达5min以上，这种现象称为点燃。
在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。
物质自燃有受热自燃和自热燃烧两种形式。
受热自燃的两个条件：外部热源、有热量积蓄的条件
自热自燃的三个条件：必须是比较容易产生反应热的物质; 此类物质要具有较大的比表面积或是呈多孔隙状的，有良好的绝热和保温性能；热量产生的速度必须大于向环境散发的速度。
爆燃是一种燃烧过程，反应阵面移动速度低于未反应气体中的声速，反应阵面主要通过传导和扩散进入未反应气体中。爆燃是一种带有压力波的燃烧，爆燃发生时，反应阵面的传播速度低于声速。
爆轰的反应阵面移动速度比未反应气体中的声速高。对爆轰来说，主要通过压缩反应阵面前面的未反应气体使其受热，从而使反应阵面向前传播。
燃烧爆炸理论与技术
可燃液体的燃烧，实质上是燃烧可燃液体蒸发出来的蒸气，所以叫蒸发燃烧。
对于难挥发的可燃液体，其受热后分解出可燃性气体，然后这些可燃性气体进行燃烧，这种燃烧形式称为分解燃烧。
可燃固体的燃烧可分为简单可燃固体、高熔点可燃固体、低熔点可燃固体和复杂的可燃固体燃烧等四种情况。
固体碳和铝、镍、铁等金属熔点较高，在热源作用下不氧化也不分解，它们的燃烧发生在空气和固体表面接触的部位，能产生红热的表面，但不产生火焰，燃烧的速度和固体表面的大小有关。
这种燃烧形式称为表面燃烧。
闪点的影响因素同系物液体的闪点随着相对分子量、相对密度、沸点的增加和蒸汽压的降低而增高。
同类组分混合液，如汽油、煤油等，由烃类的同系物组成，其闪点随着馏分的增高而增高。
异构体的闪点低于正构体。
能溶于水的易燃液体，闪点随浓度的降低而增高。
油漆类液体的闪点取决于油漆中所含溶剂的闪点。
两种可燃液体混合物的闪点一般低于这两种液体闪点的平均值。
易燃气体：a）与空气的混合物按体积分类占13％或更少时可点燃的气体；b) 不论易燃下限如何，与空气混合，燃烧范围的体积分数至少为12％的气体。
非易燃无毒气体：在20℃压力不低于280 kPa条件下运输或以冷冻液体状态运输的气体（窒息性气体、氧化性气体、不属于其他项别的气体）易燃液体：在其闪点温度（其闭杯试验闪点不高于60.5℃，或其开杯试验闪点不高于65.6℃）时放出易燃蒸气的液体或液体混合物，或是在溶液或悬浮液中含有固体的液体。
氧化性物质：本身不一定可燃，但通常因放出氧或起氧化反应可能引起或促使其他物质燃烧的物质。
有机过氧化物：分子组成中含有过氧基的有机物质，该物质为热不稳定物质，可能发生放热的自加速分解。
该类物质还可能具有以下一种或数种性质：a) 可能发生爆炸性分解；b) 迅速燃烧；c) 对碰撞或摩擦敏感；d) 与其他物质起危险反应。
e) 损害眼睛毒性物质：经吞食、吸入或皮肤接触后可能造成死亡或严重受伤或健康损害的物质。
燃烧与爆炸理论及分析.
目录燃烧与爆炸理论及分析 (2)1. 引言 (2)2. 可燃物的种类及热特性 (2)2.1 可燃物的种类 (2)2.2可燃物的热特性 (3)3. 燃烧理论 (6)3.1 燃烧的条件 (6)3.2 着火形式 (6)3.3 着火理论 (7)3.4灭火分析 (14)4. 爆炸理论 (18)4.1 爆炸种类及影响 (18)4.2 化学爆炸的条件 (21)4.3 防控技术 (23)5. 结论 (24)1燃烧与爆炸理论及分析摘要：本文主要叙述了当前主要的燃烧及爆炸理论。
首先介绍了燃烧条件、着火形式以及具体的燃烧理论，然后对四种燃烧理论分别进行了灭火分析。
然后阐述了爆炸的种类、爆炸条件过程及防控技术。
最后对本文的内容作了总结，并且通过分析提出自己的观点。
关键词：燃烧理论；爆炸理论；防控技术。
1. 引言火灾是一种特殊形式的燃烧现象。
爆炸（化学）是一种快速的燃烧，为了科学合理地预防控制火灾及爆炸（化学），应当对燃烧的基本理论有一定的了解。
燃烧是可燃物与氧化剂之间发生的剧烈的化学反应，要使它们发生化学反应需要提供一定的外加能量，反应的结果则会放出大量的热能。
燃烧前后的物质与能量变化可以要据物质与能量守恒定律确定。
2. 可燃物的种类及热特性2.1 可燃物的种类可燃物是多种多样的。
按照形态，可分为气态、液态和固态可燃物，氢气(H2)、一氧化碳(CO)等为常见的可燃气体，汽油、酒精等为常见的可燃液体，煤、高分子聚合物等为常见的可燃固体。
可燃物之所以能够燃烧是因为它包含有一定的可燃元素。
主要是碳(C)、氢(H)、硫(S)、磷(P)等。
碳是大多数可燃物的主要可燃成分，它的多少基本上决定了可燃物发热量的大小。
碳的发热量为 3.35×107J/kg，氢的发热量为1.42×108J/kg，是碳的4 倍多。
了解可燃元素及由其构成的各类可燃化合物的燃烧特性可定量计算燃烧过程中的物质转换和能量转换。
有些元素发生燃烧后可以生成完全燃烧产物，也可生成不完全燃烧产物，不完全2燃烧产物还可进一步燃烧生成完全燃烧产物。
粉尘爆炸的机理及爆炸产生的直接原因
粉尘爆炸机理及爆炸直接原因（1）粉尘爆炸机理。
当吸附大量空气的粉尘被引燃而燃烧时，大量热量以热传导和热辐射的形式转移到周围悬浮的灰尘或刚刚吹起的灰尘中，使其受热继续燃烧，并持续不断地循环。
这种燃烧以及快的速度进行，温度越来越高，反应速度越来越快，局部压力也随之增高，使燃烧更加猛烈，，最后形成强烈的爆炸。
许多粉尘在氧化发热后，还会分解出易燃气体，这就更增加了粉尘爆炸的危险性。
（2）粉尘爆炸的条件。
粉尘爆炸主要有两种情况：1）粉尘与空气中的氧充分混合，达到一定的浓度。
粉尘爆炸的浓度也有上限和下限，如果浓度过低，粉尘微粒之间的距离过大、火焰很难从一个粒子传播到另一个粒子；如果浓度过高，超过了上限，氧气的含量不够，也不能迅速燃烧；都不会产生爆炸。
由于粉尘爆炸的上限都很高，在一般情况下很少出现，没有实际意义，因此，在考虑粉尘的爆炸极限时，主要依据其下限值。
2）火源。
即使粉尘积聚到爆炸浓度，如果没有火源或引燃粉尘的温度，也不会发生爆炸。
因为可燃粉尘的最小点火能量仅在毫焦耳水平，只要有微小的电火花或火星，就可能引发重大爆炸事故。
（3）引起粉尘爆炸的直接原因。
粉尘爆炸的直接原因是点火热源，除了一般的明火、电气设备的高温和电火花之外，还有以下几种：1）撞击产生的火花。
主要是螺帽、金属碎片、砂石等混杂在物料中，与机器撞击产生火星，引燃机器内的粉尘，传输到外部引起的粉尘爆炸。
面粉厂的爆炸事故，大都发生在磨粉机上，就是属于这种原因。
2）摩擦过热。
主要是轴承摩擦发热，加热时，使沉积在轴承箱上的灰尘自燃，进而引起粉尘爆炸。
3）静电放电。
粉尘与粉尘、粉尘与空气、灰尘和机器壁之间的摩擦，都会产生静电。
而静电积聚到一定的程度，就会产生火花放电，引起粉尘爆炸。
4）其他物质发生火灾、爆炸，引起粉尘爆炸。
有时，由于气体爆炸的冲击波，会有大量粉尘飞扬，在气体爆炸的火焰行将熄灭时，粉尘就接着爆炸。
许多煤矿里发生的煤尘爆炸，就是先由可燃气体（瓦斯）爆炸而引起的。
爆炸作用原理
爆炸：一种极为迅速的屋里或化学的能量释放。
爆炸三要素：放热性，迅速性，产生气体。
（物理，化学，核爆炸）炸药化学变化的形式：1.缓慢的化学变化，2.燃烧，3.爆轰气体的状态参量：P V T 物理性质：1.连续性，2.可压缩性，3.粘性，4.导热性。
爆炸破坏作用的直接原因：压力突变。
炸药：在外界因素的作用下可以引起高速化学反应并能升V恒大两气体产物和放出大量热量的物质。
炸药的特点：体积小，质量轻，制造和控制容易。
冲击：是抛射体（弹体）以一定的速度向被撞击物（靶板）进行撞击，在撞击瞬间能量进行急骤转化的现象。
冲击现象的特点：载荷强度高，作用时间短。
理想气体的状态方程：PV=nRT热力学第一定律：外界对系统所传递的热量，一部分使系统的内能增加，一部分用于系统对外界所做的功：Q=E2-E1+A对于单位质量的气体：dq=de+pdv定容比热：de=CvdT →e-e0=Cv（T-T0）取T0=0 有E=CvT单位质量理想气体的内能等于定容比热与绝对温度的乘积。
定压比热：dq=CvdT+d(pv)=vdp等压条件下dp=0 由pv=RT可得Cp=Cv+R理想气体的定压比热与定容之热之比，成为理想气体的绝热指数：γ=Cp/Cv →Cv=R/(γ-1) Cp=γR/（γ-1）单原子气体γ=1.67，双原子气体γ=1.4，多原子气体γ=1.33，对于理想气体γ=1.4 焓：H=E+pV h=e+pv →dh=dq+vdp等压过程：dp=0 →dh=CpdT →h-h0=Cp（T-T0）在绝对温度时h0=CpT0=0 有h=CpT熵：ds=CpdTT−Rdpp对于等熵过程：等熵要求：1、在整个过程中系统与外界没有任何热量交换，即整个过程是绝热的2、在整个过程中系统内部不容许由于其体分子的粘性摩擦或气体分子与容器壁的摩擦而产生热量。
热力学第三定律：当宏观体系的绝热温度为0K时，体系的熵为0热力学第二定律：在任何一种与外界无能量交换的隔离系统中所发生的过程若是一种可逆过程，则熵值始终保持不变，然而一旦发生了不可逆过程，系统的熵值将增大。
天然气燃烧反应机理与爆炸极限
4.0
75.9
2210
400
一氧化碳
C+0.5O2=CO2
2.38
0.5
1.0
—
1.88
2.88
12.5
74.2
2370
605
甲烷
CH4+2O2=CO2+2H2O
9.52
2.0
1.0
2.0
7.52
10.52
5.0
15.0
2043
540
乙炔
C2H2+2.5O2=2CO2+H2O
11.90
2.5
7.5
5.0
5.0
28.20
38.20
1.4
8.7
—
290
正戊烷
C5H12+8O2=5CO2+6H2O
38.08
8.0
5.0
6.0
30.08
41.08
1.4
8.3
—
260
苯
C6H6+7.5O2=6CO2+3H2O
35.70
7.5
6.0
3.0
28.20
37.20
1.2
8.0
2258
560
硫化氢
H2S+1.5O2=SO2+H2O
21.42
4.5
3.0பைடு நூலகம்
3.0
16.92
22.92
2.0
11.7
2224
460
丙烷
C3H8+5O2=3CO2+4H2O
23.80
5.0
3.0
4.0
燃烧与爆炸基本原理(共134张PPT)
炸的条件，从而引起二次爆炸。
化学反应失控—放热化学反应如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等失
控引起温度迅速升高、反应速度急剧加快、内压急剧上升。
1.2 爆炸的基本概念
按化学爆炸发生的场合，可分为3类
密闭空间内爆炸—介质燃烧爆炸发生在封闭空间内，如压力容器或管
燃烧的基本概念
➢氧气不足，燃料有剩余， y 。ym在in 这种条件下，只有部分C元
素被氧化为CO，无CO2生成，部分H元素被氧化为H2O，部分S 元素被氧化为SO2，剩余燃料气以气态分子形式存在，
C a H b O c S d y O 2 3 .7 7 y N 2a C O 2 b H 2 O 3 .7 7 y N 2d S O 2 (1 )C aH b O c S d 4 y
C5H12
基本燃烧速度/ m/s 0.40 0.47 0.46 0.45
0.46
气体 丙酮 丁酮 甲醇
氢
一氧化碳
分子式
C3H6O CH3COC2H5
CH3OH H2
CO
基本燃烧速度/ m/s 0.54 0.42 0.56 3.12
0.46
C6H14
0.46
二氧化碳
CS2
0.58
C2H4
0.80
苯
C6H6
燃烧的基本概念
1.1.6 理论火焰温度
火焰温度与燃烧条件有关，燃料特性、混合比、散热条件、约束 条件等都有重要影响。一般采用绝热燃烧温度来衡量燃烧特性。
如果燃烧反应所放出的热量未传到外界，而全部用来加热燃烧 产物，使其温度升高，则这种燃烧称为绝热燃烧。
在不计及离解作用的条件下，绝热燃烧时所能达到的温度最高， 这一温度称为理论燃烧火焰温度。
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2.2 燃烧机理
• 2.2.1 燃气燃烧的连锁反应 • 在燃烧反应中，气体分子间互相作用，往往不是
两个分子直接反应生成 最后产物，而是活性分子 自由基与分子间的作用。 • 活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由 基，新自由基又迅速参加反应，如此延续下去形 成一系列连锁反应。 • 连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。
剧烈的氧化还原反应 放出大量的热 发出光
• 以上三个要点同时成立的才为燃烧。如，氢在氯 中燃烧。金属和酸反应非燃烧，灯泡中的灯丝非 燃烧。
2.1.2 燃烧条件
• 燃烧三要素：
有可燃物的存在； 有助燃物的存在； 有能导致着火的能源。
• 需要说明的是，具备以上三要素并不一定引起燃 烧，如可燃物与助燃物的比例（浓度）、点火源 的强度（温度）等。
• 测定闪点的影响因素: P23 • 点火源大小与离液面的距离、加热速度、试样的
均匀程度、试样纯度、测试容器、大气压力等。
• (3)自燃和自燃点 • 在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。自燃
的最低温 度称为自燃点。
• 物质自燃有受热自燃和自热自燃两种类型。
• ①受热自燃。可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到其自 燃点而自行燃烧称之为受热自燃。受热自燃的两个条件为：有 外部热源和有热量蓄积的条件。
• 燃烧理论用连锁反应解释物质燃烧的本质, 认为燃 烧是一种自由基的连锁反应,提出燃烧四面体学说。
• 连锁反应不爱限制，自由基反应才能继续。这是 燃烧的第四要素，是某些灭火技术理论的基础。
2.1.3 燃烧过程和燃烧形式
• 可燃物质和助燃物质存在的相态、混合程度和燃 烧过程不尽相同，燃烧形式多种多样。
2.3 燃烧速度
• 2.3.1 可燃气体的燃烧速度
• 气体燃烧速度：单位时间内燃烧表面的火焰沿垂直于表面 的方向向未燃烧部分传播的距离，m/s。
• 燃气的燃烧速度用火焰传播速度来衡量。
• 管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的 量值时，火焰在管中不传播（阻火器原理）。火焰传播速 率随管径的增加而增加；但当管径增加到某个量值时，火 焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。
• 1)均相燃烧和非均相燃烧
均相燃烧是指可燃物质和助燃物质间的燃烧反应在同 一相中进行，如氢气在氧气中的燃烧，煤气在空气中 的燃烧。
非均相燃烧是指可燃物质和助燃物质并非同相，如 石油(液相)、木材(固相)在空气(气相)中的燃烧。
非均相燃烧比较复杂，需要考虑可燃液体或固体的加 热，以及由此产生的相变化。
• 2.1.5 氧指数
• 氧指数又叫临界氧浓度或极限氧浓度, 是用来对 固体材料可燃性进行评价和分类的一个特性指标.
• 能维持物质有陷燃烧的最低氧气浓度,称为氧指 数.
• 氧指数高的材料不易着火, 阻燃性好。
• 2.1.6 最小点火能量
• 处于爆炸范围内的可燃气体混合物中产生电火花， 从而引起着火所必须的最小能量称为最小点火能。
蒸发燃烧：可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧。 通常液体本身并不燃烧，只是由液体蒸发出的蒸 气进行燃烧。
分解燃烧：固体或不挥发性液体经热分解产生的 可燃气体的燃烧。如木材和煤大都是由热分解产 生的可燃气体进行燃烧。
可燃固体和液体的蒸发燃烧和分解燃烧，均有火 焰产生，属火焰型燃烧。
表面燃烧：当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体 时，便没有火焰，燃烧继续在所剩固体的表面进 行的燃烧。金属燃烧即属表面燃烧，无气化过程， 无需吸收蒸发热，燃烧温度较高。
• (2)点燃和着火点 • 可燃物质在空气充足的条件下，达到一定温度与
火源接触即行着火，移去火源后仍能持续燃烧， 这种现象称为点燃。点燃的最低温度称为着火点。
• 可燃液体的着火点约高于其闪点5-20℃。但闪点 在l00℃以下时，二者往往相同。在没有闪点数 据的情况下，也可以用着火点表征物质的火险。
T
• 物质燃烧过程的温度变化历程
T自' T燃ห้องสมุดไป่ตู้
T初为可燃物质开始加热的温度。初 始阶段，加热的热量用于可燃物质的
熔化或分解，温度上升较缓慢。
到达T氧，可燃物质开始氧化。由于 温度较低，氧化速度不快，氧化产生
T自 T初 T氧
的热量尚不足以抵消向外界的散热。
此时若停止加热，尚不会引起燃烧。
继续加热，到达T自，即使停止加热，温度仍自行升高。T自 是理论上的自燃点，T自′是开始出现火焰的温度，为实际测得 的自燃点。T燃为物质的燃烧温度。 T自到T自′的时间间隔称为燃 烧诱导期（着火延滞期）。
• 2)混合燃烧和扩散燃烧
混合燃烧：可燃气体与助燃气体预先混合而 后进行的燃烧。速度快、温度高，一般爆炸反 应属于这种形式
扩散燃烧：可燃气体由容器或管道中喷出， 与周围的空气(或氧气)互相接触扩散而产生的 燃烧。在扩散燃烧中，由于与可燃气体接触的 氧气量偏低，通常会产生不完全燃烧的炭黑。
• 3)蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧
第 2 章 燃烧与爆炸
2.1 燃烧及其特性 2.2 燃烧机理 2.3 燃烧速度 2.4 爆炸及其类特性
2.1 燃烧及其特性
• 2.1.1 燃烧概述
燃烧是一种同时有光和热发生的剧烈的氧化还原反应。 在化学反应中，失掉电子的物质被氧化，获得电子的 物质被还原。所以，氧化反应并不限于同氧的反应。
• 燃烧的判断：
• 诱导期与自燃点的关系
2.1.4 燃烧种类
• 如果按照燃烧起因，燃烧分为闪燃、点燃和自燃三种类 型。闪点、着火点和自燃点分别是上述三种燃烧类型的 特征参数。
• (1)闪燃和闪点 • 可燃液体表而的蒸气与空气形成的混合气体与火源接近
时会发生瞬间燃烧，出现瞬间火苗或闪光的现象称为闪 燃。闪燃的最低温度称为闪点。可燃液体的温度高于其 闪点时，随时都有被火点燃的危险。 • 闪点这个概念主要适用于可燃液体，某些可燃固体，如 樟脑和萘等，也能蒸发或升华为蒸气，因此也有闪点。
• ②自热自燃。可燃物质在无外部热源的影响下，其内部发生物 理、化学或生化变化而产生热量，并不断积累使物质温度上升， 达到其自燃点而燃烧，称为自热燃烧。
• 自热自燃的三个条件：比较容易产生反应热的物质（如氧化热, 发酵热等）、具有比较大的比表面积和良好的绝热保温性、产 生的热量大于向环境散发的热量。