燃烧学—第四章3
4.4~6消防燃烧学
11.爆轰波的波速有多大？其压力一般在什么范围？ 12.防止可燃气爆炸的原则是什么？ 13.防止可燃气与空气形成爆炸性预混气的方法有哪些？ 14.采用惰气保护是一种常用的方法，其计算公式有那几个？ 15.切断爆炸传播途径的方法有哪些？ 16.应用安全水封和阻火器的应注意哪些问题？ 17.常用的泄压装置有哪些？各有什么什么特点？ 18.何谓湍流燃烧？湍流燃烧有何特点？为什么？ 19.湍流燃烧火焰传播速度受那些因素影响？ 20.何谓扩散燃烧？其火焰横向物质浓度、温度是如何分布的？ 21.火焰的高度与哪些因素有关？可燃气与氧的化学计量比及环 境中氧含量对火焰高度有何影响？
高温表面
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
V = 21 − O ⋅V O 21 − O Vx = ⋅V / O −O Vx 惰气需要量 O O/ 临界氧含量 惰气中的氧含量
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？
（三）扩散火焰横向物质浓度分布 （四）扩散火焰横向温度分布
• 4.1.3 层流扩散火焰与湍流扩散火焰 • 实际上，扩散火焰通常不能严格地符合由实验结果得出的简单图画 (图4.3)。因为气流内的涡团使火焰形状复杂化。而且当燃料喷入空气 中的速度足够高时，层流扩散火馅将转变为湍流扩散火焰。转变过 程如图4.4 所示。由图可以看出，在层流火焰区内，火焰高度随气流 速度的增大而增高，一直达到最高值。继续增加燃料的喷射速度， 在火焰顶部开始出现不稳定的湍流火焰。进一步提高气流速度，开 始转变为湍流火焰的位置(分裂点)迅速地降低，整个火焰的高度也降 低。再进一步增大气流速度．分裂点高度接近于一定值，而整个火 焰的高度也近似不变。
高等燃烧学04章
高等燃烧学王辉2016-11第四章预混气体燃烧中的爆震波和缓燃波1、本章学习提示⏹爆震波和缓燃波的概念及其产生机理定性分析⏹雨果尼奥曲线的导出及曲线的性质⏹C-J爆震波的速度⏹爆震波的结构⏹可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理⏹爆震极限需要同学们学习的内容⏹什么是爆震波和缓燃波?⏹如何利用雨果尼奥曲线分析爆震波和缓燃波?⏹了解C-J爆震速度的计算⏹认识爆震波的结构⏹认识可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理⏹什么是爆震极限？什么是爆震波和缓燃波?2、燃烧火焰的基本类型回顾⏹燃烧过程中的化学反应区通常被称为“火焰区域flamezone”、“火焰锋面flame front”、“反应波reaction wave”等⏹火焰一般分为两种类型预混火焰：反应前，反应物已经充分混合☐☐扩散火焰：反应中，反应物相互扩散依据燃烧波的存在及其在反应混合物中的传播速度，预混⏹气体的反应一般可分为三类☐爆炸：放热速率极快，在可燃介质中并不是以燃烧波形式推进D fl i☐缓燃：Deflagration,燃烧波以亚音速传播（火焰正常传播、正常燃烧）☐爆震：Detonation,燃烧波以超音速传播缓燃波和爆震波的区别缓燃：⏹火焰正常传播是依靠导热使未燃混气温度升高（或由于扩散使活化的中间产物输运到未燃混气中）而引起反应，从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。
1~3m/s⏹这种传播形式的传播速度，一般不大于13m/s。
⏹传播是稳定的，在一定的物化条件下（例如浓度、温度、压力、混合比），其传播速度是一不变的常数。
爆震：⏹而爆震燃烧波的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气的温度升高而引起化学反应，从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。
⏹这种形式的传播速度很高，常大于1000m/s ，这与正常火焰传播速度形成了明显的对照。
⏹其传播过程也是稳定的。
3、爆震波和缓燃波的定性区别以一维管流为例：无限长管道中的情况：p1ρ1p2ρ2 u1u2T1 h1T2h2波前波后燃烧波以u1向左运动，可以看作未燃气以u1向燃烧波运动，而波前是静止的（把坐标系固定在燃烧波上）。
燃烧学—第4章3
爆轰极限（体积％）
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
《燃烧学》--第四章
燃料空气弹
据报载，美国在对阿富汗的军事行动中使用了一种称为燃料空气 弹(fuel air explosive projectile，FAE)的新式武器，当被投掷或发 射到目标上空时，液体燃料连同雷管、定时器一起撒到地面，燃 料很快汽化成雾状，散布在空气中，经过预定的延迟时间，由雷 管引爆，产生威力强大的爆炸。燃料空气弹内装的炸药是容易汽 化的液态碳氢化合物，如环氧乙烷、环氧丙烷、甲基乙炔和丙二 烯等，本身不含氧或只含很少的氧，必须与空气混合才会爆炸。 由于它爆炸时几乎把附近空气中的氧消耗殆尽，在这个范围的人 即便不被炸死，也会因缺氧而窒息死，所以燃料空气弹又称窒息 弹。燃料空气弹爆炸时会产生2500℃左右的高温火球，并形成强 大的冲击波和热气浪，炸点附近的冲击波传播速度可达2200m/s， 超压达5~20MPa)。燃料空气弹的破坏威力较大，可使暴露的士 兵失去作战能力，使电子设备受到破坏，可大面积杀伤人员和摧 毁无防护的武器，如地面的和躲在普通工事或民房内的人员，停 机坪上的飞机，暴露的导弹、雷达和电台天线等。
dx V激 dt
2-2’ 截面间的距离为 质量守恒
2
2′
1
dx气＝Vdt
2
2′
1
1 Adx 2 Adx dx气
V激＝
dx气
2 2 1V源自dx中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
12
1-2截面间气体的动量变化： 在激波通过前，气体的速度为0； 激波通过后，气体的速度由0增加到ΔV，所以1-2截面间在dt时间内的动 量变化为ρ1AdxΔV。 作用于这部分气体上的冲量为（p2-p1）Adt。 动量守恒定律
第四章 燃烧反应计算
实际燃烧时，由于n 1 ，因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应，这样就在燃烧产 物中增加了氧成分（O2’即VO2），且使得N2’ 含量增加，这时的实际燃烧产物生成量可以写 成：
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是，这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的，要多（Ln-Lo）79% ！
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算，不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算
目的
合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件
反应速度无限快，充分混合、接触，氧化剂允许过 剩，燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积（0℃，1kmol： 22.4m3） 空气成分：干成分 O2、N2，其中体积比例为：O2： 21%、N2：79%，重量：O2：23.2%、N2：76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分，固、液体燃料为应用 成分，气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
徐通模燃烧学--第4章
2）环境温度为Tb2时，不同散热条件下会出现不同的燃烧状态。 若散热曲线为Q2b，在反应初期，放热
大于散热，反应系统温度增加，至点2 达到平衡。
点2是一个不稳定的平衡点。系统处在 点2左边时，Q1>Q2b，系统会升高温度 到达点2；在右边时，Q1>Q2b，系统会 继续升高到达点3，进行高温燃烧。此 时满足着火条件2。
52
第三节 链锁自燃理论
热能与动力工程系
链锁自燃概念
链锁自燃是可燃混合物在低温、低压下，由于分支链锁 反应使反应加速，最终导致可燃混合物燃烧。
链锁爆燃理论的实质是由于链锁反应的中间反应是由简 单的分子碰撞所构成，对于这些基元反应热自燃理论是 可以适用的。但整个反应的真正机理不是简单的分子碰 撞反应，而是比较复杂的链锁反应。
c1n 0
E
e RT0
QEk0
ln i (1 n) ln p B
五、热自燃界限
无论是均相气体燃料或固体燃料，当周围介质温度T0达到 一定值后，即出现热自燃着火，其临界自燃条件如上所述 的第2点临界方程，此时的系统温度即为自燃温度。
试验也表明，在一定的炉内压力p0下，可燃混合物的浓度 变化时，其自燃温度也不相同。
着火时
即，增大燃烧室空间，弥补了压力降低引起的着火点升温的弊 端，保证着火进行，因此说提高了着火性能。熄火距离
着火浓度界限
ln p0 Tz2h
1 2
ln
R 3
QVk0 xA2
E
E 2RTzh
对于谢苗诺夫方程，还可以固定压力p，作T-xA着火浓度界限 图，固定温度T作p-xA着火浓度界限图，如下图所示。这些曲 线统称为着火浓度界限（或自燃界限和范围）。一般来说， 这些图线都呈U型，U型区内为着火区，U型区外为不着火区。
燃烧学课件.精装版
≥0.8
30
二、着火 （一）着火概念 可燃物在与空气共存的条件下，当达到某一温度 时，与着火源接触即能引起燃烧，并在着火源离 开后仍能持续燃烧，这种持续燃烧的现象叫着火。 着火就是燃烧的开始，并且以出现火焰为特征。 着火是日常生活中最常见的燃烧现象。如用火柴 去点柴草、汽油、液化石油气等，就会引起它们 着火。 （二）燃点 燃点是指可燃物开始持续燃烧所需的最低温度， 又称着火点。可燃物的温度 没有达到燃点时是不会着火的，特质的燃点越低， 越易是火。某些常见可燃物的燃点如表3-3所示。
燃烧
公安部消防局最新统计数字： 2008年共发生火灾13.3万起 死亡1385人，受伤684人 直接财产损失15亿元
（一）、火灾的危害 “火,善用之则为福,不善用之则为祸”
火灾概念:是在时间和空间上失去控制 的燃烧所造成的灾害。
新疆克拉玛依市1994年12月8日大火
、
1994年12月8日，新疆克拉玛依市教育局官 僚为欢迎上级派来走走样子的“义务教育 与扫盲评估验收团”的25位官员，组织全 市最漂亮的能歌善舞的中小学生796人在友 谊馆剧场举办“专场文艺演出”。
第四章 燃烧学
预防为主 防消结合
主讲人：
一、燃烧的概念
燃烧——可燃物与氧化剂作用发生的放热反 应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟现象。 燃烧具有三个特征，即化学反应、放热和发 光。通电的电炉和灯泡虽有发光和放热现象， 但没有进行化学反应，只是进行了能量的转 化，故不是燃烧；生石灰遇水发生了化学反 应，并且放出大量的热，但它没有发光现象， 它也不是燃烧。这些现象虽不是燃烧，但在 一定条件下，可作为着火源引起燃烧或引发 火灾。
(三)闪点在消防上的应用
1．闪点是判断液体火灾危险性大小的主要依据
燃烧学第4章：气体燃料燃烧
vL
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E 1 1
(
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exp[
( )]
n 1
B 0c p (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
w0
ws 0
(Tr T0 )
0c pQ
E
w0 k c exp(
)
RT0
n
0 0
n
0
共一百四十六页
总和是个常数，都等于可燃混合物的初始总能量
Q(c0 c)
c pT Qc c pT0 Qc0
T T0
cp
Qc
当T=Tr时，c=0
Tr T0 0
cp
T T0 c0 c
Tr T0
c0
Tr T0 T Tr c0 c
Tr T0
c0
T Tr c
第四章
气体燃料燃烧
(ránshāo)
3.1 火焰传播
3.2 正常火焰传播速度
3.3 扩散(kuòsàn)火焰与预混火焰
3.4 火焰稳定的原理和方法
3.5 湍流燃烧火焰特点
共一百四十六页
1
第一节火焰
(huǒyàn)
传播
概述(ɡài shù)
1. 气体燃料的燃烧过程的三个阶段
燃料与空气的混合阶段
可燃混合气的加热与着火阶段
层流火焰
1 ，内锥为蓝色预混焰
锥，外锥为紫红色燃烧产物火焰
，内锥为蓝色预混火焰，
1
外锥变为黄色扩散火焰
共一百四十六页
共一百四十六页
燃烧学 第四章 燃烧物理学基础-PPT精品文档
四、扩散方程
• 对于定常情况
fs fs fs u x y z
f f f s s s D D D s s s s x x y y z z
其中：
T q fsV h s s y s
h h T s os , ps ,d C
0
T
包括显焓和生成焓（即化学焓）两部分
三、三个重要的无量纲数
普朗特数 斯密特数 刘易斯数
P r va / C p/
S c vD / / D
L eP r / S c D / a
fs D xyzt s y y
fs D xyz t s z z
四、扩散方程
• 在同一时间内，微元体内由于化学反应使得s组分的生成或
•
消耗为w， 同一时间内微元体内s组分的质量随时间的变化
fs xyzt t
四、扩散方程
f u f f f s s s s t x y z
f f f s s s D D D s s s s x x y y z z
二、扩散定律
• 在多组分混合物中，通过一个微元表面，各组分
扩散的物质流之和为零
s s s s s s
J g f g f g g 0
s s
V
s s
s
0
二、扩散定律
• 多组分气体的导热问题不同于单组分气体的导热定律所描
述的那样，它除了由于温度梯度所造成的热流之外，还应 当有扩散的物质流所携带的焓值。即对普通的傅立叶导热 定律应进行修正，而成为修正的傅立叶导热定律
燃烧理论第4章
第4章着火（自燃与引燃）本章内容：着火的概念谢苗诺夫的热着火理论（热）自燃的着火延迟链着火理论强制着火着火范围4.1 着火的概念燃烧过程一般可分为两个阶段，第一阶段为着火阶段，第二阶段为着火后的燃烧阶段。
在第一阶段中，燃料和氧化剂进行缓慢的氧化作用，氧化反应所释放的热量只是提高可燃混合物的温度和累积活化分子，并没有形成火焰。
在第二阶段中，反应进行得很快，并发出强烈的光和热，形成火焰。
与连续、稳定的燃烧阶段不同，着火是一个从不燃烧到燃烧的自身演变或外界引发的过渡过程，是可燃混合物的氧化反应逐渐加速、形成火焰或爆炸的过程。
在这个过渡过程中，反应物的消耗及产物的生成尚不明显，它们之间的相互扩散的量级不大，扩散速度对此过渡过程的化学反应影响极微。
因此，着火是一个化学动力学控制的过程。
火焰的熄火过程也是一个化学反应速度控制的过程。
但与着火过程相反，它是一个从极快的燃烧化学反应到反应速度极慢，以至不能维持火焰或几乎停止化学反应的过程。
4.1.1 两种着火类型有两种使可燃混合物着火的方式：自发着火及强制着火。
自发着火有时又叫自动着火或自燃(以后统称为自燃)。
它是依靠可燃混合物自身的缓慢氧化反应逐渐累积热量和活化分子，从而自行加速反应，最后导致燃烧。
自燃有两个条件：1）可燃混合物应有一定的能量储蓄过程。
2）在可燃混合物的温度不断升高，以及活化分子的数量不断积累后，从不显著的反应自动转变到剧烈的反应。
有许多燃料与氧化剂在高温下迅速混合并导致自燃的例子。
例如，柴油喷到高温的压缩空气中在极短的时间内，部分地蒸发并与空气混合，在经历一定的延迟后反应便进行得非常快而着火燃烧；在冲压式喷气发动机及涡轮喷气发动机中燃料喷雾在加力燃烧器中的着火；汽油机中的爆震等。
强制着火是靠外加的热源（外部点火源）向混合物中的局部地方加入能量，使之提高温度和增加活化分子的数量，迫使局部地方的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段，然后火焰向可燃混合物的其他部分传播，导致全部可燃混合物燃烧。
燃烧学复习重点
第三章着火和灭火理论一、谢苗诺夫自燃理论1.基本思想：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。
2.着火的临界条件：放、散热曲线相切于 C 点。
3. ?T=T BRT02 T0E4.改变体系自燃状态的方法qq1降低αq2T增加 Pq q2T ① 改变散热条件②增加放热二、区别弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论与谢苗诺夫热自燃理论的异同点1.谢苗诺夫热自燃理论适用范围：适用于气体混合物，可以认为体系内部温度均一；对于比渥数 Bi 较小的堆积固体物质，也可认为物体内部温度大致相等；不适用于比渥数 Bi 大的固体。
2.弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论：适用于比渥数Bi 大的固体（物质内部温度分布的不均匀性）；以体系最终是否能得到稳态温度分布作为自燃着火的判断准则；自燃临界准则参数δ cr 取决于体系的几何形状。
三、链锁自然理论1.w0 w 0t123反应速率与时间的关系2.运用链锁自燃理论解释着火半岛现象在第一、二极限之间的爆炸区内有一点P（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速度加快,当压力下降到某一数值后， f < g,φ< 0---------------------- 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速度加快,当压力身高到某一数值后， f < g,φ< 0---------------------- 第二极限（3）压力再增高，又会发生新的链锁反应HO2MHO2M HO 2H 2H2OOH 导致自由基增长速度增大，于是又能发生爆炸。
压----------------------第三极限力 1000非爆炸区mmHg100爆炸区10·P360400440480520560600温度℃图 3-12氢氧着火半岛现象3.基于 f（链传递过程中链分支引起的自由基增长速率）和g（链终止过程中自由基的消毁速率）分析链锁自燃着火条件a.在低温时， f 较小（受温度影响较大），相比而言， g 显得较大，故： f g 0这表明，在fg0的情况下，自由基数目不能积累，反应速率不会自动加速，反应速率随着时间的增加只能趋势某一微小的定值，因此， f<g 系统不会着火。
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《燃烧学》--第四章
表4-10
混合物 2H2＋O2
化学计量比的氢-氧混合物的爆轰波速表
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《燃烧学》--第四章
4.5.2激波的性质
激波运动的速度与激波强度
设某时刻t，激波前进到2截面处， 波前参数为p1，ρ1，T1， 波后参数为p2，ρ2，T2。 激波前进的速度为V激，波后气体运动的速度为ΔV。 设dt时间后，激波由2截面前进到1截面，于是1-2截面间的距离为
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《燃烧学》--第四章
微弱压缩波可以叠加在一起，成为一道强的压缩波—激波 但是，膨胀波则不再叠加在一起，变成一道“强的”膨胀波。 越靠后的膨胀波运动速度越小，后面的膨胀波永远也赶不上 前面的膨胀波。各膨胀波之间的距离将越来越大，故膨胀波 不能像压缩波那样集中或叠加在一起，形成一道强的膨胀波。
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16
《燃烧学》--第四章
当管子足够长时，后面的压缩波就有可能一 个赶上一个，最后重叠在一起，形成激波。激波 一定在开始形成的正常火焰前面产生。 一旦激波形成，由于激波后面压力非常高， 使未燃混气着火。经过一段时间以后，正常火焰 传播与激波引起的燃烧合二为一。于是激波传播 到哪里，哪里的混气就着火，火焰传播速度与激 波速度相同。 激波后的已燃气体又连续向前传递一系列的 压缩波，并不断提供能量以阻止激波强度的衰减， 从而得到一稳定的爆轰波。
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3
《燃烧学》--第四章
在AA与BB之间，是从时刻0起到时刻t1这段时间内
活塞连续做加速运动, 形成的无穷多道微弱压缩波 每一道压缩波经过气体，气体的压强、密度和温度就有一 个微小的提高，并获得一个微小的向前运动的速度增量
设第一道压缩波，气体的压强由p1上升到p1+Δp1，温度由T1上升 到T1+ΔT1。它向前传播的速度，近似等于波前未受扰动气体中 的声速a1
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《燃烧学》--第四章
上图是一根装有可燃预混气的长管，管子一 端封闭，在封闭端点燃混气，形成一燃烧波。 正常火焰传播产生的已燃气体，由于温度升 高，体积会膨胀。体积膨胀的已燃气体就相当于 一个活塞——燃气活塞，压缩未燃混气，产生一 系列的压缩波，并向未燃混气传播，各自使波前 未燃混气的P、ρ、T发生一个微小增量，并使未 燃混气获得一个微小向前运动速度，因此，后面 的压缩波波速比前面的大。
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2
《燃烧学》--第四章
活塞在长管中做加速运动，压缩管内气体，形成运动激波的过程
O B
A
O
B
A
p p2
p1
O
B
A
x
图4-27 时刻0和时刻t1管内压强分布 （虚线表示时刻0的状况，实线表示时刻t1的状况）
设管内起初是静止 的气体，参数为p1， ρ1、T1。 设从时刻0起，活 塞由静止连续向右 作加速运动，是压 缩扰动，以压缩波 的形式向前传播. 时刻t1，BB面的气 体压强由p1上升到 p2 位臵AA： 压缩气 体所形成的第一道 微弱压缩波于时刻 t1所到达的位臵。 AA是微弱扰动波， 速度等于波前气体 的声速a1
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《燃烧学》--第四章
3．可燃气浓度要处于爆轰极限范围内 爆轰极限范围一般比爆炸极限范围要窄 4．管子直径大于爆轰临界直径 管子能形成爆轰的最小直径称爆轰临界 直径，约为12～15mm。
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《燃烧学》--第四章
表4-8 爆轰极限与爆炸极限的比较
爆炸极限（体积％） 可燃气体 下限 氢—空气 氢—氧 一氧化碳—氧 氨—氧 乙炔—空气 乙炔—氧 丙烷—氧 乙醚—空气 乙醚—氧 4.0 4.7 15.7 13.5 1.5 2.5 2.3 1.7 2.1 55.0 36.0 82.0 下限 75.6 93.9 94.0 79.0 82.0 上限 18.3 15.0 38.0 25.4 4.2 3.5 3.2 2.8 2.6 下限 59.0 90.0 90.0 75.0 50.0 92.0 37.0 4.5 24.0
将V激和ΔV的表达式代入上式
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《燃烧学》--第四章
激波前后压强比和密度比之间的关系式
1 p2 1 2 1 p1 p2 1 1 p1 1
1 p 2 p1 V激 a1 1 2 p1
1 p2 p1 2 p2
1 2 p2 1 p1
V激 a1
1
2 1 1
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1-2截面间气体能量的变化
《燃烧学》--第四章
在dt时间内，外界压力对1-2截面间气体所作的功为p2AΔVdt
V 2 g 2 AVdt 1 Adx u2 u1 2
《燃烧学》--第四章
燃烧学
燃烧学
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1
《燃烧学》--第四章
4.5 爆轰
4.5.1激波的形成
扰动 压缩波
对于弱的压缩扰动
a1 gRT 1
激波：强压缩波
如(1)当气体以超声速绕物体流动时，在物体前会形成一道突跃。 气流通过这道压缩波时，其压强、密度和温度突越地上升一个数 值，流速或M数相应地下降一个数值，即气流受到突然的压缩。 （2）当气体以超声速在管道中运动或从喷管中流出时，在一定 条件下，也会形成激波。 （3）活塞在长管中做加速运动，压缩管内气体，从而形成运动 激波
1 u cvT RT 1 1 p u 1 g
u为单位重量气体的内能 为功热当量
V 2 1 p2 p1 p2 AVdt 1 Adx 2 1 2 1 V 2 1 p2 p1 p2 V 1V激 2 1 2 1
图4-31 激波在空间的运动
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14
4.5.3爆轰的发生
《燃烧学》--第四章
图4-32 爆轰形成过程示意图 （a）正常火焰传播O—O前面形成一系列压缩波d—d， d′—d′，d″—d″…… （b）正常火焰传播O—O前方爆轰波U—U已形成，并使 未燃混合气着火； （c）正常火焰传播与爆轰波引起的燃烧合二为一
a1 gRT 1
第二道压缩波，是在已被第一道压缩波压缩过的气体中传播的， 波前气体的温度T1+ΔT1。传播速度:
a1' gRT1 T1
第二道压缩波将逐渐赶上前面的第一道压缩波
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4
《燃烧学》--第四章
t1以后，活塞不再
作加速运动，而以
B B A A
5
《燃烧学》--第四章
C
2
2′
1
C 2 p
dx气
2′
1
p2 dx p1 x
C
图4-29 时刻t3，BB与AA间的 微弱压缩波叠加为激波
图4-30 激波压缩气体的过程
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《燃烧学》--第四章
时刻t3，后面的波赶上了前面的波，BB与AA之间所有的压缩 波叠加在一起，微弱的压缩波叠加成一道强扰动波—激波 在激波CC的前方，为未受扰动的静止气体，参数为p1，ρ1， T1，在激波CC之后，为受到强扰动的气体，其参数值突跃为 p2，ρ2，T2，气体的运动的速度，也由波前的0突增到与活塞 相同的运动速度ΔV。 激波也可以说是气体参数的一个突跃面，凡被激波扰动过的 气体，参数值都发生一个突跃的变化。 激波CC前进的速度V激既不等于原来AA前进的速度a1，也不 等于BB前进的速度a2+ΔV（其中 a2 gRT2 ），而是介于两 者之间，即a2+ΔV>V激>a1。这表明激波相对于波前气体的运 动速度是超声速的（V激>a1），相对于波后气体的运动速度是 亚声速的（V激－ΔV <a2）。
激波运动速度的公式
V激 a1
1 1 p2 1 p 1 2 1
激波相对于波后气体的运动速度
V激 V a 2 1
由于波后压强p2总是大于波前压强p1，所以上式根号内的数值是大于1的，故V激>a1。 激波后与激波前的压强比p2/p1标志着激波强度的大小。 在a1不变的条件下，激波强度p2/p1越大，激波运动的速度V激也就越大；反之，激波 运动的速度减小。
等速前进(t2)，那 么活塞面附近的气
体压强保持为p2不
变
p2 p1
总会有一个时刻t3， 后面的波赶上了前 面的波，BB与AA之
B A
间所有的压缩波叠
加在一起，这时波
的性质将起变化， 即它们从微弱的， 压缩波叠加成一道
图4-28 时刻t2波面AA与BB到达的位置及管内压 强分布
强扰动波—激波
安全工程学院：齐黎明
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4.5.4爆轰形成条件 1．初始正常火焰传播能形成压缩扰动 初始正常火焰传播能否形成压缩扰动， 是能否产生爆轰波的关键。 2．管子要足够长或自由空间的预混气体积要 足够大 爆轰前期间距：正常火焰峰与爆轰形 成位臵之间的距离称爆轰前期间距。 对于光滑的管子，该爆轰前期间距为 管径的数十倍。 对于表面粗糙的管子，爆轰前期间距 为管径的2～4倍。
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p2 p1 Adt 1 AdxV
p2 p1 1V激 V
V激＝
2 2 1
V
2 p 2 p1 V激 1 2 1
V
2 1 p2 p1
1 2
p1 / 1 gRT a1 1