第五章氣體燃料燃燒5.1著火基本原理52火焰?zhèn)鞑?.3擴(kuò)散火焰和預(yù)混火焰5.4氣體燃料燃燒時(shí)的火焰穩(wěn)定措施55氣體燃料火焰長(zhǎng)度燃燒過程是包括發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng),故存在兩個(gè)最基本的階段:著火階段、著火后燃燒階段。著火定義:燃料和氧化劑混合后,由無化學(xué)反應(yīng)(從緩慢的氧化反應(yīng))向穩(wěn)定的強(qiáng)烈放熱狀態(tài)的過渡過程。熱著火鏈?zhǔn)街馃嶂?可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱,或由于外部熱源加熱,溫度不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不斷自動(dòng)加速,積累更多能量最終導(dǎo)致著火大多數(shù)氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。鏈?zhǔn)街?由于某種原因,可燃混合物中存在活化中心,活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時(shí),導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速,最終導(dǎo)致著火?！承┑蛪合轮饘?shí)驗(yàn)(如H2+O2,CO+O2的著火)和低溫下的“冷焰”現(xiàn)象符合鏈?zhǔn)街鸬奶卣?.1著火基本原理熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程區(qū)別一一熱著火通常比鏈?zhǔn)街疬^程強(qiáng)烈得多熱著火過程:溫度升高引發(fā)的,將使得系統(tǒng)中整體的分子動(dòng)能增加,超過活化能的活化分子數(shù)按指數(shù)規(guī)律增加。導(dǎo)致燃燒反應(yīng)自動(dòng)加速。鏈?zhǔn)街疬^程:主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的,由于活化中心會(huì)被銷毀,所以鏈?zhǔn)街鹜ǔ＞窒拊诨罨行牡姆敝乘俾蚀笥阡N毀速率的區(qū)域,而不引起整個(gè)系統(tǒng)的溫度大幅度增加,形成“冷焰”。但是,如果活化中心能夠在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)加速繁殖并引起系統(tǒng)能量的整體增加,就形成爆炸。一個(gè)完善的燃燒過程應(yīng)是:及時(shí)著火,穩(wěn)定燃燒,充分燃盡熱著火過程分兩類■自燃:自發(fā)的著火,依靠系統(tǒng)自身化學(xué)反應(yīng)的放熱來維持系統(tǒng)的升溫。強(qiáng)燃:強(qiáng)迫著火,借助外部能量(固壁、火花塞),使其局部著火,然后火焰?zhèn)鞑サ秸麄€(gè)可燃混合物中。5.1.1自燃、由熱平衡的角度分析零元系統(tǒng):容器內(nèi)可燃?xì)怏w混合物的成分、溫度與壓力是均勻的,也稱強(qiáng)烈摻混模型熱平衡產(chǎn)熱(單位時(shí)間):Q=kERT可燃混合物中反應(yīng)物濃度n反應(yīng)級(jí)數(shù)V容器體積Q可燃混合物的燃燒熱T溫度散熱:Q2=mS·(7-70)散熱系數(shù)容器壁散熱面積T容器壁溫度T容器內(nèi)可燃混合物溫度7QQ1產(chǎn)熱:g=kexp(-C"vQCQQ散熱Q2=n:S·(7-7BT①兩個(gè)交點(diǎn):A點(diǎn),穩(wěn)定,但其溫度絕對(duì)值太低,熄滅狀態(tài)C點(diǎn),不穩(wěn)定,脈動(dòng)→燃燒or熄滅②線Ⅲ:Q1>Q2,沒交點(diǎn),著火③線Ⅱ:Q1≥Q2,一個(gè)切點(diǎn)切點(diǎn)B不穩(wěn)定,有波動(dòng)→要么回到B點(diǎn),要么著火B(yǎng):著火臨界點(diǎn)22=2由切點(diǎn)的數(shù)學(xué)條件得著火臨界條件dtd7ECexRr·Q=AexpS·(Tn-T)RTEE解方程得:T1-4R2R2RE(另一根舍去)Tn≈500