第三篇燃烧基本理论2

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• 该式表明，当热源表面达到点火温度时，表面处的温度梯
度为零，热源不再向可燃物传热，此后的着火过程的进行
将与热源无关，而将取决于可燃混合物的性质和对外界的
散热条件
• 点火温度与着火温度的联系，二者在概念上均指 可以实现着火的最低温度，但数值上，点火温度 往往高于着火温度，即当固体热源的表面温度达 到着火温度时，可燃混合物并不准能着火。
• 切点3处相应的温度为着火温度TB，则有TB为：
TB
T0
RT02 E
TB
T0
RT02 E
点火过程
• 工业炉燃烧技术中，使可燃混合物进行着火燃烧 的方式采用强制点火
• 点火热源的类型
–小火焰，高温气体，炽热的物体或电火花
• 点火和自燃着火的区别和联系
– 区别：点火先是一小部分可燃混合物着火，然后靠燃 烧（火焰前沿）的传播使可燃混合物的其余部分达到 着火燃烧。自燃着火：所有的可燃混合物一起着火
• 发热曲线和散热曲线的用途
– 根据发热曲线和散热曲线讨论容器内所进行反 应可能的混合物状态
• Q1与Q2在低温区有一个交点
– 在1点Q1=Q2；在1点之前Q1>Q2，发热大于散热，系统被加 热；T继续提高，到达1点时热量达到平衡。
– 当Q2>Q1时，散热>发热，T降低，系统将重新回到1点，这种 情况自然着炎是不可能的
分
• 温度和压力对可燃混合物的着火温度都有一定的 影响
• 在一定温度和压力下，并非所有的可燃预混合物 成分都能着火，而是存在一定的浓度范围
• 着火浓度界限：在一定的压力或温度下，能使可 燃混合气成分着火的一定的浓度范围，称为着火 浓度界限。
– 浓度上限：实现着火的最大浓度 – 浓度下限：实现着火的最小浓度
– 强制点火（简称点火）：在冷混合物中，用一个不大的点热源， 在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动地向其他 地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧。这就叫做强制点 火
• 着火或点火的实质
– 燃烧反应的自动加速
• 活化中心的积累
– 升高燃烧系统的温度 » 实际燃烧室内的着火过程都是靠高温实现着火的
– 联系：都是燃烧反应的自动加速过程
Байду номын сангаас
• 点火过程 • 设有一容器内装有可燃混合物，器壁中有一部分点火热源，
其温度不断升高。
• 该图说明的问题？
• 惰性气体与可燃气体的区别在于是否存在燃烧反 应
• 对于可燃气体，在低于T2的条件下，处于反应的 感应期，在这个时期虽然可燃混合物不能燃烧， 但却是大量活性中心积累的过程，温度分布曲线 说明了这一点
– 1点为低温稳定点，2点为高温不稳定点，3点为临界点 – 由此可见，发生自燃着火的条件是Q1>Q2，而临界条
件是Q1与Q2有一个切点，与切点相对应的温度便称为 “着火温度”或“着火点”，用TB表示。
• 着火温度：可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到 自燃着火的最低温度 – 必须明确，着火温度对某一可燃混合物来说，并不是 一个化学常数或物理常数，而是随具体的热力学条件 不同而不同的
• 当压力或温度下降时，着火浓度范围 缩小
• 当压力或温度下降超过某一点时，任 何浓度成分的混合气将不能着火
• 强制点火过程也存在着点火浓度界限， 超过了这个界限便不能实现点火
• 几种可燃物质的混合气体，其浓度界限（上、 下限）的计算
l
100
%
P1 P2 P3
l1 l2 l3
式中：
– P1、P2、P3－各单一可燃气体占混合气体的体积百分 数
Q2＝A(T T0 )
式中α—气体对外界的总放热系数；A—容器表面积。假设α与温 度无关，而A为定值。
Q2＝B(T T0 )
• 发热曲线与散热曲线
– 由发热速速度和散热速度的定义知：Q1与T为 超越函数关系，而Q2与T为直线关系，在Q－T 坐标系统内，Q1的曲线称为发热曲线，Q2的 曲线称为散热曲线
• 改变散热条件如容器表面积得到三组不同 斜率的散热曲线
1.
Q2 Q自1 燃
2.
Q2与Q1有一切点3，过切点3自燃
3.
Q2与Q有1一交点1—稳定平衡点
• 改变T0得到一组平行散热曲线
Q1与 Q有2两个交点：1.低温稳定点；2.高温不稳定点 Q1与Q有2 一切点3
Q1 Q自2燃
• 散热曲线不变，改变发热曲线
• 当温度达到T2时，反应速度加快到一定程度，温 度不再下降，即T2应该是一个临界温度
• 当温度超过T2时，反应速度迅速加快，温度迅速 升高，达到着火
• 点火温度的概念
• 在点火的过程中，T2是一个临界温度，点火热源的温度超 过T2，便会引起着火，该临界温度便称为“点火温度”
• 点火温度的临界条件
第三篇
燃烧基本理论
第九章
着火过程
概述
• 着火过程的定义
– 指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达 到激烈的燃烧反应之前的一段过程。
• 两种着火方式
– 自燃着火：使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该温度， 混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达到燃烧状态。这种 过程叫做自燃着火
• 本章的研究内容
1. 介绍着火过程的热力理论 2. 研究实现着火过程的温度条件 3. 研究使燃烧反应状态保持稳定的条件 4. 研究使火焰熄灭的条件
着火过程和着火温度
• 反应的发热速度
– 容器的体积V，内部充满可燃的混合物，器壁的温度为 T0，热效应为q，反应速度为W，反应时的温度为T， 则反应发热的速度（单位时间内反应发出的热量）为：
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火温度越 低
– 点火热源的性质
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火 温度越低
– 点火热源的性质
燃烧室着火浓度界限
• 影响着火的条件
– 温度—着火和点火的温度。 – 可燃物浓度—浓度又取决于压力和可燃物的成
Q1＝q W V
W＝K0
Cn
exp(
E) RT
Q1＝qVK 0Cnexp(
E RT
)
q、V、K0均为定值，C反应过程中均不变，是初始浓度
Q1＝Aexp(
E RT
)
• 体系的散热速度
– 容器内的温度升高到T，此时系统向外散失热量，设容器的表面 积为A，气体对外界的总放热系数为α ，则散热速度（单位时间 内由体系向外散出的热量）为：