第三章气体燃料的燃烧PPT讲稿.ppt
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1、第三章气体燃料的燃烧第三章气体燃料的燃烧第1页,共59页,编辑于2022年,星期二1 第一节第一节 预混可燃气体的着火和自燃理论预混可燃气体的着火和自燃理论(高等燃烧学高等燃烧学中称中称“热力爆燃理论热力爆燃理论”)热着火热着火 着火的反应机理着火的反应机理 化学链着火化学链着火 自燃自燃 自发的着火自发的着火 着火方式着火方式 点燃点燃 强迫着火强迫着火 第2页,共59页,编辑于2022年,星期二2 一、自燃热力理论一、自燃热力理论 1 1、绝热条件下的自燃过程绝热条件下的自燃过程 质量作用定律质量作用定律:阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律:产热率产热率:kJ/(sm3)热值;热值;化学反应速度
2、。化学反应速度。第3页,共59页,编辑于2022年,星期二3 若若 n=a+b+化学反应级数化学反应级数 平衡式平衡式 将将 代入:代入:积分积分 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程第4页,共59页,编辑于2022年,星期二4 根据初始条件:根据初始条件:时时,反应结束:反应结束:(绝热火焰温度)(绝热火焰温度)两式除两式除 微分微分 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程第5页,共59页,编辑于2022年,星期二5 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-1 3-1 反应物浓度与温度的关系反应物浓度与温度的关系第6页,共59页,编辑于2022年,
3、星期二6 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-2 3-2 温度、浓度、反应速率随时间的变化温度、浓度、反应速率随时间的变化 第7页,共59页,编辑于2022年,星期二7 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-3 3-3 绝热容器内反应过程中绝热容器内反应过程中C C与与T T随时间的变化随时间的变化第8页,共59页,编辑于2022年,星期二81 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-4 3-4 绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化 第9页,共59页,编辑于2022年,星期二9即各组分扩散速度的总和
4、不为0。即各组分扩散速度的总和不为0。l非绝热条件下自燃的发生是有条件的,是散热和放热综合作用的结果。l散热 l能量平衡l即 2 2、非绝热条件下的自燃过程、非绝热条件下的自燃过程第10页,共59页,编辑于2022年,星期二10图图3-5 3-5 非绝热条件下的热量平衡非绝热条件下的热量平衡 a点稳定点;b点平衡点,不稳定点;c点不稳定点,着火临界点TcTc着火温度着火温度第11页,共59页,编辑于2022年,星期二11自燃的临界条件:2 2、非绝热条件下的自燃过程、非绝热条件下的自燃过程 第12页,共59页,编辑于2022年,星期二12lT T0c0c自燃温度,一般自燃温度,一般 T T0c
5、0cTTC Cl 维持着火的燃料浓度限维持着火的燃料浓度限l 一定一定p p,TT或一定或一定T T,pp着火范围变窄着火范围变窄l 一定一定p p,TT或一定或一定T T,pp任意浓度下任意浓度下 不会着火不会着火l 容器散热程度容器散热程度着火范围变窄着火范围变窄 3 3自燃界限自燃界限第13页,共59页,编辑于2022年,星期二133 3自燃界限自燃界限图3-11 一定压力下着火温度与成分的关系第14页,共59页,编辑于2022年,星期二143 3自燃界限自燃界限图3-12 一定温度下自燃的临界压力与成分的关系第15页,共59页,编辑于2022年,星期二154 4着火延滞(感应)期着火延
6、滞(感应)期l可燃混合物从初始温度可燃混合物从初始温度T T0 0上升到上升到 着火温度着火温度TcTc所经历的时间。所经历的时间。第16页,共59页,编辑于2022年,星期二16二、链锁自燃理论二、链锁自燃理论 链锁反应基本步骤:链的激发链的传递链的中断 (反应中存在链载体)第17页,共59页,编辑于2022年,星期二17第二节第二节 预混可燃气体的点燃理论预混可燃气体的点燃理论 点燃点燃 用具有较高能量的外部热源去接触可燃用具有较高能量的外部热源去接触可燃 混合物,靠近外部热源的部分先行着火,混合物,靠近外部热源的部分先行着火,然后火焰传播到整个混合物中去。然后火焰传播到整个混合物中去。第
7、18页,共59页,编辑于2022年,星期二18一、点燃特点一、点燃特点热物体表面附近,取热物体表面附近,取 厚度:厚度:图图3-16 3-16 稳定的缓慢氧化状态下,热物体附面层中的稳定的缓慢氧化状态下,热物体附面层中的温度场和浓度场温度场和浓度场第19页,共59页,编辑于2022年,星期二19 能量方程能量方程 (1 1)导热导热=反应放热量反应放热量 热平衡热平衡 扩散方程扩散方程 (2 2)反应物消耗量反应物消耗量=扩散量扩散量 物质平衡物质平衡 扩散方程乘扩散方程乘Q Q,代入能量方程,代入能量方程:。一、点燃特点一、点燃特点第20页,共59页,编辑于2022年,星期二20l一般情况下
8、一般情况下 Le1 l积分,代入边界条件积分,代入边界条件 (环境)(环境)l将将 代入代入 (3 3)一、点燃特点一、点燃特点第21页,共59页,编辑于2022年,星期二21 可燃气体的点燃是有一定条件的。维持热物体表面附近一薄层气体稳定 氧化的极限状态,即为点燃的临界状态。图3-17 温度不同的热物体点燃时的温度分布 二、点燃热力理论二、点燃热力理论(4 4)(1 1)()(3 3)()(4 4)联)联立,可求解。但分析解很难,只能求近似解。第22页,共59页,编辑于2022年,星期二22 双区理论:双区理论:l反应区反应区 反应进行比较迅速,反应的热量也主要由这一区域放出。反应进行比较迅
9、速,反应的热量也主要由这一区域放出。l导热区导热区 不进行化学反应,只从反应区导出热量(以外区域)。不进行化学反应,只从反应区导出热量(以外区域)。二、点燃热力理论二、点燃热力理论第23页,共59页,编辑于2022年,星期二23 1 1、热球点火、热球点火 炽热的石英球或铂金球炽热的石英球或铂金球 若球温若球温 ,可能着火。,可能着火。2 2、平面火焰点火、平面火焰点火 火焰为无限大平板火焰为无限大平板 3 3、电火花点火、电火花点火 点火能点火能 熄火距离熄火距离 最小点火能最小点火能 在可燃混合物中能够引起火焰传播的最小能量。在可燃混合物中能够引起火焰传播的最小能量。三、点燃方法三、点燃方
10、法 第24页,共59页,编辑于2022年,星期二24 可燃混合物着火可燃混合物着火 温度、时间。温度、时间。临界点燃时间临界点燃时间 在一定的能源性质、形状及大小等条 件下,使一定的可燃混合物发生着火 所必须的能源与混合物的接触时间。要点燃一定的可燃混合物,必须提供一定的能量:或短时间提供要点燃一定的可燃混合物,必须提供一定的能量:或短时间提供 大量能量,或低水平能源维持足够长的时间。大量能量,或低水平能源维持足够长的时间。可燃极限可燃极限 在一定的压力和温度下,点火能量加大到一定程 度以后,混合物的点燃浓度界限就不再扩大了,这就称为饱和点火能下的可燃浓度界限,或简称 可燃极限。四、可燃界限四
11、、可燃界限 第25页,共59页,编辑于2022年,星期二25 图3-25 可燃界限示意图可可燃燃界界限限示示意意图图图图3-25 四、可燃界限四、可燃界限第26页,共59页,编辑于2022年,星期二261 1、压力压力 p p 可燃极限可燃极限2 2、流速、流速 w w 着火范围变窄着火范围变窄3 3、可燃混合物初温、可燃混合物初温 T T0 0 着火范围变小着火范围变小4 4、掺入其它物质、掺入其它物质 惰性气体惰性气体使着火范围变窄(上限下降)使着火范围变窄(上限下降)另一种可燃物质另一种可燃物质 可燃极限介于两者之间。可燃极限介于两者之间。五、影响可燃极限的因素五、影响可燃极限的因素 第
12、27页,共59页,编辑于2022年,星期二27掺入惰性气体可消除火灾掺入惰性气体可消除火灾l热容(比热)和导热性能对着火和火焰传播的影响热容(比热)和导热性能对着火和火焰传播的影响 高的导热性使着火困难,但有利于火焰传播;高的导热性使着火困难,但有利于火焰传播;高的热容对着火有利,但使火焰传播困难。高的热容对着火有利,但使火焰传播困难。l良好的灭火剂都具有较高的良好的灭火剂都具有较高的 值(火焰传播困难)。值(火焰传播困难)。第28页,共59页,编辑于2022年,星期二28 层流火焰传播层流火焰传播 火焰传播火焰传播 湍流火焰传播湍流火焰传播 爆爆 震震 第三节第三节 层流层流火焰传播火焰传播
13、火焰锋面向未燃气流方向的推进火焰锋面向未燃气流方向的推进。第29页,共59页,编辑于2022年,星期二29一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念1 1、层流火焰传播速度、层流火焰传播速度 方向一致时取负号。l 火焰面移动的绝对速度l 未燃混合气体的绝对速度l 火焰不动;回火;吹熄。第30页,共59页,编辑于2022年,星期二302 2、层流火焰传播速度的测定方法、层流火焰传播速度的测定方法 肥皂泡法、圆管法、本生灯法。肥皂泡法、圆管法、本生灯法。3 3、本生灯法、本生灯法 (法向分速度)(法向分速度)测得测得 和和 ,可求,可求 。一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念第31页,共
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