爆炸极限的计算.ppt
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1、第第4 4章章 可燃气体燃烧可燃气体燃烧第2章 燃烧参数的计算第1章 燃烧基础与特征消防燃烧学第第3 3章章 着火与灭火基本理论着火与灭火基本理论第四章第四章 可燃气体燃烧可燃气体燃烧1 预混火焰传播理论预混火焰传播理论2 可燃气体爆炸与爆轰可燃气体爆炸与爆轰3 爆炸极限爆炸极限4 气体爆炸的预防气体爆炸的预防5 湍流燃烧与扩散燃烧湍流燃烧与扩散燃烧 4.1 预混火焰传播理论预混火焰传播理论火焰(燃烧波)在预混气体中有传播方式:火焰(燃烧波)在预混气体中有传播方式:1.正常火焰传播正常火焰传播1.燃烧后气体压力减小或接近不变燃烧后气体压力减小或接近不变2.燃烧后气体的密度减小燃烧后气体的密度减
2、小3.燃烧波(火焰)以亚音速传播燃烧波(火焰)以亚音速传播 2.爆轰:爆轰:由燃烧引起并依靠燃烧维持的超音速火焰传播形式由燃烧引起并依靠燃烧维持的超音速火焰传播形式1.燃烧后气体压力增大燃烧后气体压力增大2.燃烧后气体的密度升高燃烧后气体的密度升高3.燃烧波(火焰)以超音速传播燃烧波(火焰)以超音速传播 3.爆轰发生的条件爆轰发生的条件1.容器直径大于临界直径容器直径大于临界直径2.管道要有足够的长度管道要有足够的长度3.混气浓度在爆轰极限浓度范围之内混气浓度在爆轰极限浓度范围之内 思考:思考:1.爆轰现象通常在哪些场所发生?爆轰现象通常在哪些场所发生?2.如何预防爆轰现象的发生?如何预防爆轰
3、现象的发生?正常火焰传播速度受哪些因素影响?正常火焰传播速度受哪些因素影响?4.2 层流预混气中正常火焰传播速度 1.火焰是如何传播的?2.影响火焰传播速度的因素有哪些?3.火焰传播速度的测定一、火焰传播机理 1.火焰前沿:火焰前沿:已燃区和未燃区之间的薄薄的化学反应区已燃区和未燃区之间的薄薄的化学反应区 2.火焰前沿的特点火焰前沿的特点:(1)包括预热区和化学反应区两部分)包括预热区和化学反应区两部分 (2)存在强烈的导热和物质扩散)存在强烈的导热和物质扩散 3.火焰传播机理火焰传播机理:(1)热理论:火焰加热未燃区域,使其温度升高)热理论:火焰加热未燃区域,使其温度升高 (2)扩散理论:火
4、焰中自由基向未燃区域扩散)扩散理论:火焰中自由基向未燃区域扩散二、层流火焰传播速度马兰特简化分析 1.出发点:出发点:预热区温度升到着火温度所需热量与化学反应预热区温度升到着火温度所需热量与化学反应区传递的热量相等。区传递的热量相等。2.有用的结论有用的结论:公式公式4-10 压力是如何影响层流火焰传播速度的?压力是如何影响层流火焰传播速度的?答:答:压力对层流火焰传播速度的影响与反应级数压力对层流火焰传播速度的影响与反应级数n有关。有关。当当n2时,火焰传播速度随压力升高而增大。时,火焰传播速度随压力升高而增大。当当n=2时,火焰传播速度与压力无关。时,火焰传播速度与压力无关。三、影响层流火
5、焰传播速度的因素 2.初温:初温:初温越高,燃烧速度越快,火焰传播速度越大初温越高,燃烧速度越快,火焰传播速度越大 3.可燃气与空气的比值:可燃气与空气的比值:稍高于化学计量比时,传播速度最大稍高于化学计量比时,传播速度最大 4.惰性气体含量:惰性气体含量:惰性气体含量越高,速度越小惰性气体含量越高,速度越小 5.混气的导温系数:混气的导温系数:导温系数越高,速度越小导温系数越高,速度越小 1.压力:压力:与反应级数有关与反应级数有关下列灭火剂哪一类的灭火效率最高?下列灭火剂哪一类的灭火效率最高?A 高的高的热容和高的导热系数热容和高的导热系数 B 低的热容和低的导热系数低的热容和低的导热系数
6、 C 高的热容和低的导热系数高的热容和低的导热系数 D 低的热容和低的导热系数低的热容和低的导热系数 四、层流火焰传播速度的测定 2.实际火焰外形:实际火焰外形:弯曲锥体弯曲锥体 3.火焰速度分布:火焰速度分布:距离中心越远,速度越小距离中心越远,速度越小 1.理想层流预混火焰形状:理想层流预混火焰形状:正锥体正锥体 4.平均速度计算:平均速度计算:距离中心距离中心0.9R处火焰速度。处火焰速度。例:例:管径为管径为10cm,中心气流速度为中心气流速度为484cm/s,距离半径距离半径4.5cm处处火焰面的火焰面的=60,求火焰传播速度?求火焰传播速度?4.2 层流预混气中正常火焰传播速度 2
7、.火焰的传播机理 (1)热理论 (2)扩散理论3.影响火焰传播速度的因素(5)初温、压力、浓度、惰气、导温系数4.火焰传播速度的计算1.火焰前沿及其特点?4.3 可燃气体爆炸参数可燃气体爆炸参数1.爆炸温度爆炸温度2.爆炸压力爆炸压力3.爆炸升压速度爆炸升压速度4.爆炸威力指数爆炸威力指数5.爆炸总能量爆炸总能量 4.4 爆炸极限爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限?何谓气体的爆炸极限?2.影响气体爆炸极限的因素?影响气体爆炸极限的因素?3.气体爆炸极限的计算气体爆炸极限的计算4.气体爆炸极限的实际应用气体爆炸极限的实际应用5.气体发生分解爆炸的条件气体发生分解爆炸的条件一、影响爆炸极限的因素影响爆
8、炸极限的因素爆炸下限:爆炸下限:遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最低浓度。遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最低浓度。爆炸上限:爆炸上限:遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最大浓度。遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最大浓度。1.火源能量火源能量:能量越高,爆炸极限越宽,危险性越大能量越高,爆炸极限越宽,危险性越大思考:为何存在爆炸极限?思考:为何存在爆炸极限?2.初初 温温:初温越高,极限变宽,危险性越大初温越高,极限变宽,危险性越大3.初始压力初始压力:压力增大,极限变宽压力增大,极限变宽(干燥(干燥CO除外)除外)4.惰气含量惰气含量:含量越高,极限变窄,危险性减小含量越高,极限变窄,危险性减
9、小二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数(根据燃烧反应所需氧原子摩尔数(N)计算计算例:例:试利用试利用1mol乙烷燃烧所需氧原子乙烷燃烧所需氧原子mol数估算其爆炸极限数估算其爆炸极限二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式2.根据燃烧反应燃烧的化学计量浓度(根据燃烧反应燃烧的化学计量浓度(X0)计算计算例:例:试利用丙烷燃烧时计量比估算其爆炸极限试利用丙烷燃烧时计量比估算其爆炸极限二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式3.根据燃烧热估算爆炸下限根据燃烧热估算爆炸下限例:例:已知乙烷爆炸下限为已知乙烷爆炸下限为3%,Qm=14
10、26kJ,丙烷丙烷Qm=2041kJ求,丙烷爆炸下限求,丙烷爆炸下限二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式4.多组分混气爆炸极限计算多组分混气爆炸极限计算-莱莱-夏公式夏公式注意:注意:P为某组分体积所占为某组分体积所占总可燃气总可燃气的百分含量的百分含量 例:例:某空气中,甲烷、乙烷、丙烷、丁烷含量分别为某空气中,甲烷、乙烷、丙烷、丁烷含量分别为0.8%,1.2%,1.0%,0.5%,问该混气是否有爆炸危险?,问该混气是否有爆炸危险?关键:关键:P的计算!的计算!二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算含惰气的多组分混气爆炸极限计算-分
11、组分组例:例:H2=12.4%,CO=27.3%,CO2=6.2%,H2=12.4%,O2=2%,CH4=0.4%,N2=53.4%二、爆炸极限的计算爆炸极限的计算-经验公式经验公式1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数(根据燃烧反应所需氧原子摩尔数(N)计算计算2.根据燃烧的化学计量浓度(根据燃烧的化学计量浓度(X0)计算计算3.根据燃烧热估算爆炸下限根据燃烧热估算爆炸下限4.多组分混气爆炸极限计算多组分混气爆炸极限计算5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算含惰气的多组分混气爆炸极限计算三三.气体爆炸极限的实际应用气体爆炸极限的实际应用1.评定气体和液体蒸气的火灾危险性评定气体和液体蒸气的火灾危险性2
12、.评定气体生产、贮存火险类别,选择电器防爆类型评定气体生产、贮存火险类别,选择电器防爆类型3.确定建筑耐火等级、防火分区确定建筑耐火等级、防火分区4.确定安全生产措施确定安全生产措施 a:密闭、防泄露密闭、防泄露 b:防火安全措施防火安全措施 c;灭火措施确定灭火措施确定 d:惰气保护惰气保护爆炸危险度爆炸危险度四四.分解爆炸分解爆炸1.常见易发生分解的气体常见易发生分解的气体2.乙炔、乙烯、氧化乙烯、氮氧化物乙炔、乙烯、氧化乙烯、氮氧化物2.发生分解的条件发生分解的条件A:分解过程为放热反应分解过程为放热反应B:热源有一定的能量热源有一定的能量C:初始压力大于临界压力初始压力大于临界压力 4
13、.4 爆炸极限爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限?何谓气体的爆炸极限?2.影响气体爆炸极限的因素影响气体爆炸极限的因素*初温、初压、火源能量、惰气含量初温、初压、火源能量、惰气含量3.气体爆炸极限的计算气体爆炸极限的计算*(五种类型)(五种类型)1.利用氧原子摩尔数利用氧原子摩尔数 4 混合组分爆炸极限混合组分爆炸极限4.气体爆炸极限的实际应用(四点)气体爆炸极限的实际应用(四点)5.气体发生分解爆炸的条件(三点)气体发生分解爆炸的条件(三点)4.5 气体爆轰气体爆轰1.何谓气体的爆轰?何谓气体的爆轰?2.爆轰发生过程爆轰发生过程3.爆轰的破坏特点爆轰的破坏特点4.爆轰的预防爆轰的预防一一.爆轰的
14、发生过程爆轰的发生过程1.燃烧释放能量使周围气体压力升高,燃烧释放能量使周围气体压力升高,形成形成“燃气活塞燃气活塞”3.经过一定时间,后面的压缩波赶上前面的压缩波,二经过一定时间,后面的压缩波赶上前面的压缩波,二者叠加形成者叠加形成“激波激波”爆轰爆轰:实质上属于一种激波,它因预混气体的燃烧而发生,实质上属于一种激波,它因预混气体的燃烧而发生,并依靠燃烧释放的能量来维持并依靠燃烧释放的能量来维持2.“燃气活塞燃气活塞”压缩未燃气体,使其温度升高,压缩未燃气体,使其温度升高,燃烧产生一燃烧产生一系列系列“压缩波压缩波”,且压缩波的传播速度大于燃烧速度。,且压缩波的传播速度大于燃烧速度。4.“激
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