1、 免責(zé)聲明本書是由杜文峰組織編寫的消防工程學(xué)，以下電子版內(nèi)容僅作為學(xué)習(xí)交流，嚴(yán)禁用于商業(yè)途徑。本人為西安科技大學(xué)消防工程專業(yè)學(xué)生，本專業(yè)消防燃燒學(xué)科目所選教材為這版的書籍，無奈本書早已絕版，我們從老師手上拿的掃描版的公式已基本看不清楚，嚴(yán)重影響我們專業(yè)課的學(xué)習(xí)。并且此書為消防工程研究生的專業(yè)課指定教材，因此本人花費(fèi)一個(gè)月時(shí)間將此書整理修改為電子版，希望可以幫助所有消防工程的同學(xué)。由于本人能力有限，書上的圖表均使用的是截圖的，可能不是很清楚，還有難免會有錯(cuò)誤，望廣大讀者海涵。 西安科技大學(xué) 消防工程專業(yè) 2009級 趙盼飛 2012、5、28 第五章可燃液體的燃燒 第一節(jié)液體的蒸發(fā) 一、蒸發(fā)過程

2、 將液體置于密閉的真空容器中，液體表面能量大的分子就會克服液面鄰近分子的吸引力，脫離液面進(jìn)入液面以上空間成為蒸氣分子。進(jìn)入空間的分子由于熱運(yùn)動，有一部分又可能撞到液體表面，被液面吸引而凝結(jié)。開始時(shí)，由于液面以上空間尚無蒸氣分子，蒸發(fā)速度最大，凝結(jié)速度為零。隨著蒸發(fā)過程的繼續(xù)，蒸氣分子濃度增加，凝結(jié)速度也增加，最后凝結(jié)速度和蒸發(fā)速度相等，液體(液相)和它的蒸氣(氣相)就處于平衡狀態(tài)。但這種平衡是一種動態(tài)平衡，即液面分子仍在蒸發(fā)，蒸氣分子仍在凝結(jié)，只是蒸發(fā)速度和凝結(jié)速度相等罷了。 二、蒸氣壓 在一定溫度下，液體和它的氣處于平衡狀態(tài)時(shí)，蒸氣所具有的壓力叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。液體的燕氣壓是液體的重

3、耍性質(zhì)，它僅與液體的本質(zhì)和溫度有關(guān)，而與液體的數(shù)量及液面上方空間的大小無關(guān)。 在相同溫度下，液體分子之間的引力強(qiáng)，則液體分子難以克服引力跑到空間中去，蒸氣壓就低；反之，蒸氣壓就高。分子間的引力稱為分子間力，又稱為范德華力。分子間力最重要的力是色散力。色散力是由于分子在運(yùn)動中，電子云和原子核發(fā)生瞬時(shí)相對運(yùn)動，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極而出現(xiàn)的分子間的吸引力。分子量越大，分子就越易變形，色散力越大。所以同類物質(zhì)中，分子量越大，蒸發(fā)越難，蒸氣壓越低。但在水分子(H2O)、氟化氫(HF)、氨(NH3)分子中，以及很多有機(jī)化合物中，由于存在氫鍵，分子間力會大大增強(qiáng)，蒸發(fā)也不容易，蒸氣壓較低。 對同一液體，升高溫度，液

4、體中能量大的分子數(shù)目就多，能克服液體表面引力跑到空中的分子數(shù)目也就多，因此，蒸氣壓就高；反之，溫度低，蒸氣壓就低。 液體的蒸氣壓()與溫度(T)之間的關(guān)系服從克勞修斯克拉佩龍方程： (51)或 (52) 取R=1.987時(shí)，式(52)變?yōu)椋?式中：平衡壓力，Pa； T溫度，k； 蒸發(fā)熱，kJ； 常數(shù)。表51給出了幾種常見有機(jī)化合物的和值。 克勞修斯克拉佩龍方程僅適用于單一組分的純液體。對稀溶液，溶劑的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀芤褐腥軇┑哪柗謹(jǐn)?shù)，此即為拉烏爾定律： (54) 任一組分在全部濃度范圍內(nèi)都符合拉烏爾定律的溶液稱為理想溶液。對非理想溶液，拉烏爾定律應(yīng)修正為 (55) (56)式中

5、：溶液中i組分的蒸汽壓；純i組分的蒸氣壓；i組分的活度； i組分的活度系數(shù)。 對理想溶液。 ， 。 例 51含有3%(體積)環(huán)己烷和97%(體積)癸烷的混合物，可近似地看成理想溶液。試計(jì)算在28和60的條件下，液體表面的和。已知，。 解 (1) (2)將表51中的有關(guān)數(shù)值代入式(53)得 將T=301K(28)、T=333K(60)代入得 (3)根據(jù)拉烏爾定律計(jì)算液面上的蒸氣壓 三、蒸發(fā)熱 液體在蒸發(fā)過程中，高能量分子離開液面進(jìn)入空間，使剩余液體的內(nèi)能越來越低，液體溫度也越來越低。欲使液體保持原溫度，必須從外界吸收熱量。這就是說，要使液體在恒溫恒壓下蒸發(fā)，必須從周圍環(huán)境中吸收熱量。通常定義，在

6、一定溫度和壓力下，單位質(zhì)量的液體完全蒸發(fā)所吸收的熱量為液體的蒸發(fā)熱。 蒸發(fā)熱主要是為了增加液體分子動能以克服分子間引力而逸出液面。因此，分子間引力越大的液體，其蒸發(fā)熱越高。此外，蒸發(fā)熱還消耗于氣化時(shí)體積膨脹對外所做的功。 四、液體的沸點(diǎn) 當(dāng)液體蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)，蒸發(fā)在整個(gè)液體中進(jìn)行，稱為液體沸騰；而蒸氣壓低于環(huán)境壓力時(shí)，蒸發(fā)僅限于在液面上進(jìn)行，所謂液體的沸點(diǎn)，是指液體的飽和蒸發(fā)壓與外界壓力相等時(shí)液體的溫度。 很顯然，液體沸點(diǎn)與外界氣壓密切相關(guān)。表52是一些液體的沸點(diǎn)。 第二節(jié) 閃燃與爆炸溫度極限一、閃燃與閃點(diǎn)當(dāng)液體溫度較低時(shí)，由于蒸發(fā)速度很慢，液面上蒸氣濃度小于爆炸下限，蒸氣與空氣的混合

7、氣體遇到火像是點(diǎn)不著的。隨著液體溫度升高，氣分子濃度增大，當(dāng)蒸氣分子濃度增大到爆炸下限時(shí)，蒸氣與空氣的混合氣體遇火源就能閃出火花，但隨即熄滅。這種在可燃液體的上方，蒸氣與空氣的混合氣體遇火源發(fā)生的一閃即滅的瞬間燃燒現(xiàn)象稱為閃燃。在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，液體表面能夠產(chǎn)生閃燃的最低溫度稱為閃點(diǎn)。 液體發(fā)生閃燃，是因?yàn)槠浔砻鏈囟炔桓?，蒸發(fā)速度小于燃燒速度，蒸氣來不及補(bǔ)充被燒掉的蒸氣，而僅能維持一瞬間的燃燒。 液體的閃點(diǎn)一般要用專門的開杯式或閉杯式閃點(diǎn)測定儀測得。采用開杯式閃點(diǎn)測定儀時(shí)，由于氣相空間不能象閉杯式閃點(diǎn)測定儀那樣產(chǎn)生飽和蒸氣空氣混合物，所以測得的閃點(diǎn)要大于采用后者測得的閃點(diǎn)。開杯式閃點(diǎn)測定儀一

8、般適用于測定閃點(diǎn)高于100的液體，而后者適用于閃點(diǎn)低于100的液體。 二、同類液體閃點(diǎn)變化規(guī)律 一般地說，可燃液體多數(shù)是有機(jī)化合物。有機(jī)化合物根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)不同，分成若干類。同類有機(jī)物在結(jié)構(gòu)上相似，在組成上相差一個(gè)或多個(gè)系差。這種在組成上相差一個(gè)或多個(gè)系差且結(jié)構(gòu)上相似的一系列化合物稱為同系列。同系列中各化合物互稱同系物。 同系物雖然結(jié)構(gòu)相似，但分子量卻不相同。分子量大的分子結(jié)構(gòu)變形大，分子間力大，蒸發(fā)困難，蒸氣濃度低，閃點(diǎn)高；否則閃點(diǎn)低。因此，同系物的閃點(diǎn)具有以下規(guī)律： (l)同系物閃點(diǎn)隨分子量增加而升高。見表53； (2)同系物閃點(diǎn)隨沸點(diǎn)的升高而升高，見表53； (3)同系物閃點(diǎn)隨比重的增大

9、而升高，見表53； (4)同系物閃點(diǎn)隨蒸氣壓的降低而升高，見表53。 (5)同系物中正構(gòu)體比異構(gòu)體閃點(diǎn)高，見表54。碳原子數(shù)相同的異構(gòu)體中，支鏈數(shù)增多，造成空間障礙增，使分子間距離變遠(yuǎn)，從而使分子間力變小，閃點(diǎn)下降。 三、混合液體閃點(diǎn) (一)兩種完全互溶的可燃液體的混合液體的閃點(diǎn) 這類混合液體的閃點(diǎn)一般低于各組分的閃點(diǎn)的算術(shù)平均值，并且接近于含量大的組分的閃點(diǎn)，例如純甲醇閃點(diǎn)為7，純乙酸戊酯的閃點(diǎn)為28。當(dāng)60%的甲醉與40%乙酸戊酯混合時(shí)，其閃點(diǎn)并不等于760%+2840%= 15.4，而是等子10，見圖51。圖中實(shí)線為混合液體實(shí)際閃點(diǎn)變化曲線，虛線為混合液體算術(shù)平均值閃點(diǎn)。對甲醇和丁醇(閃

10、點(diǎn)36)1：l的混合液，其閃點(diǎn)等于13，而不是，見圖52。在煤油中加入1%的汽油，煤油的閃點(diǎn)要降低10以上。 (二)可燃液體與不可燃液體混合液體的閃點(diǎn) 在可燃液體中摻入互溶的不燃液體，其閃點(diǎn)隨著不燃液體含量增加而升高，當(dāng)不燃組分含量達(dá)一定值時(shí)，混合液體不再發(fā)生閃燃，表55列舉了醇水溶液的閃點(diǎn)。 四、閃點(diǎn)計(jì)算 (一)根據(jù)波道查的烴類閃點(diǎn)公式計(jì)算 對烴類可燃液體，其閃點(diǎn)服從波道查公式： (57)式中：閃點(diǎn)，； 沸點(diǎn)，。 (二)根據(jù)可燃液體碳原子數(shù)計(jì)算 對可燃液體，可按下式計(jì)算其閃點(diǎn)： (58)式中：可燃液體分子中碳原子數(shù)。 . (三)根據(jù)道爾頓公式計(jì)算 根據(jù)爆炸極限的經(jīng)驗(yàn)公式(426)，當(dāng)液面上方

11、的總壓力為P時(shí)，可燃液體的閃點(diǎn)所對應(yīng)的可燃液體的蒸氣壓為： (59)此式即為道爾頓公式，式中N是燃燒一摩爾可燃液體所需氧原子摩爾數(shù)。 表56給出了常見易燃與可燃液體的蒸氣壓。根據(jù)此表和式(59)，可用插值法計(jì)算液體的閃點(diǎn)。 例 52 已知大氣壓為Pa，求苯的閃點(diǎn)。 解 寫出苯的燃燒反應(yīng)方程式： C6H6+7.5O26CO2+3H2O 從反應(yīng)方程式知：N=15 將已知數(shù)據(jù)代入式(59)得： (Pa) 查表56知。苯在和時(shí)，其蒸氣壓分別為990.58Pa和1950.5Pa。根據(jù)插值法，苯的閃點(diǎn)為： () (四)根據(jù)布里諾夫公式計(jì)算 計(jì)算公式為 (510)式中：閃點(diǎn)溫度下可燃液體飽和蒸氣壓，Pa；

12、P可燃液體蒸氣和空氣混合氣體的總壓，通常等1.01325105Pa； A儀器常數(shù)； D0可燃液體蒸氣在空氣中于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)； 燃燒一摩爾可燃液體所需的氧分子摩爾數(shù)。 D0值列于表57。 例53已知甲苯的閃點(diǎn)為5.5，大氣壓為1.01325105Pa，求苯的閃點(diǎn)。 解 先根據(jù)甲苯的閃點(diǎn)求儀器常數(shù)A。 因?yàn)榧妆介W點(diǎn)為5.5，從表56查出其飽和蒸氣壓范圍為889.26Pa1693.19Pa，則甲苯在閃點(diǎn)時(shí)的飽和蒸氣壓為 (Pa)查表57得甲苯D0=0.0709；甲苯的，則 再從表57查得苯的擴(kuò)散系數(shù)D0=0.077，。然后利用公式510求得苯在閃點(diǎn)時(shí)的飽和蒸氣壓為 (Pa) 從表56查出苯的

13、飽和蒸氣壓為1473Pa時(shí)，其對應(yīng)閃點(diǎn)應(yīng)在之間，利用插值法可求出苯的閃點(diǎn)為 (五)利用可燃液體爆炸下限計(jì)算 閃點(diǎn)溫度時(shí)液體的蒸氣濃度就是該液體蒸氣的爆炸下限，液體的飽和蒸氣濃度和蒸氣壓的關(guān)系為 式中：L蒸氣爆炸下限(體積百分濃度)； P蒸氣和空氣混合氣體總壓，一般為1.01325105Pa。 若已知L，即可求出，然后從表56查出溫度范圍，利用插值法求出該液體的閃點(diǎn)。 例54 已知乙醇的爆炸下限為3.3%，大氣總壓為1.01325105Pa，求乙醇閃點(diǎn)。 解 首先求出閃點(diǎn)時(shí)的為 (Pa)查表56得乙醇的飽和蒸氣壓為3344Pa，其對應(yīng)溫度在1020之間，用插值法求閃點(diǎn)得 (六)根據(jù)克勞修斯克拉佩

14、龍方程計(jì)算 閃點(diǎn)所對應(yīng)的蒸氣濃度為爆炸下限。當(dāng)己知蒸氣的爆炸下限和總壓時(shí)，就可算出閃點(diǎn)對應(yīng)的蒸氣壓P0。從而根據(jù)式(53)算出閃點(diǎn)。 例 55 已知癸烷的爆炸下限為0.75%，環(huán)境壓力為1.01325105Pa，試求其閃點(diǎn)。 解 閃點(diǎn)對應(yīng)的蒸氣壓為 (Pa) 查表51，癸烷的， 。 將已知值代入式(53)得閃點(diǎn)為 則 五、爆炸溫度極限 (一)爆炸溫度極限 當(dāng)液面上方空間的飽和蒸氣與空氣的混合氣體中可燃液體蒸氣濃度達(dá)到爆炸濃度極限時(shí)，混合氣體遇火源就會發(fā)生爆炸。根據(jù)蒸氣壓的理論，對特定的可燃液體，飽和蒸氣壓(或相應(yīng)的蒸氣濃度)與溫度成一一對應(yīng)關(guān)系。蒸氣爆炸濃度上、下限所對應(yīng)的液體溫度稱為可燃液體

15、的爆炸溫度上、下限，分別用、表示。表58列出了幾種可燃液體爆炸濃度極限與爆炸溫度極限。 顯然，液體溫度處于爆炸溫度極限范圍內(nèi)時(shí)，液面上方的蒸氣與空氣的混合氣體遇火源會發(fā)生爆炸?？梢姡帽囟葮O限來判斷可燃液體的蒸氣爆炸危險(xiǎn)性比爆炸濃度極限更方便。 設(shè)液體溫度與室溫相等，則液體溫度與爆炸溫度極限有如下例子中的幾種關(guān)系(設(shè)室溫為028)： (l) 苯：爆炸溫度下限，爆炸溫度上限，與室溫關(guān)系為： 顯然苯蒸氣在019范圍內(nèi)是能爆炸的。 (2)酒情：，與室溫關(guān)系為： 很顯然在室溫1128之間的溫度范圍內(nèi)，酒精蒸氣正好處于爆炸濃度極限范圈之內(nèi)，是能爆炸的。 (3)煤油：，與室溫關(guān)系為： 煤油在室溫范圍

16、內(nèi)，其蒸氣濃度沒有達(dá)到爆炸下限，煤油蒸氣是不會爆炸的。 (4)汽油：，與室溫關(guān)系為： 從坐標(biāo)上可以分析得知，汽油在室溫范圍內(nèi)，其飽和蒸氣濃度已經(jīng)超過爆炸上限，它與空氣的混和氣體遇火源不會發(fā)生爆炸。但在實(shí)際倉庫的儲存條件下，由于庫房的通風(fēng)，汽油蒸氣往往達(dá)不到飽和狀態(tài)而處在非飽和狀態(tài)，其蒸氣與空氣混合氣遇火源是會發(fā)生爆炸的。 通過以上分析可以得出以下結(jié)論： (1)凡爆炸溫度下限()小于最高室溫的可供液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均能發(fā)生爆炸； (2)凡爆炸溫度下限()大于最高室溫的可燃液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均不能發(fā)生爆炸； (3)凡爆炸溫度上限()小于最低室溫的可燃液體，其飽和蒸氣與空氣的

17、混合物遇火源不發(fā)生爆炸，其非飽和蒸氣與空氣的混合物遇火源有可能發(fā)生爆炸。 (二)爆炸溫度極限的計(jì)算 爆炸溫度下限為液體的閃點(diǎn)，其計(jì)算與閃點(diǎn)計(jì)算相同。爆炸溫度上限的計(jì)算，可根據(jù)己知的爆炸濃度上限值計(jì)算相應(yīng)的飽和蒸氣壓，然后用插值法或克勞修斯克拉佩龍方程等方法計(jì)算出飽和蒸氣壓所對應(yīng)的溫度，即為爆炸溫度上限。 例 56 已知甲苯的爆炸濃度極限范圍為1.27%6.75%，求其在1.01325105Pa大氣壓下的爆炸溫度極限。 解 (1)求爆炸濃度極限所對應(yīng)的飽和蒸氣壓： (Pa) (Pa)(2)用插值法計(jì)算爆炸溫度極限 查表56知，飽和蒸氣壓為1287Pa和6839Pa時(shí)，甲苯所處的溫度范圍分別為01

18、0和3040。利用插值法和表56中的數(shù)據(jù)得：下限： ()上限： () (三)爆炸溫度極限的影響因素 1. 可燃液體的性質(zhì)。液體的蒸氣爆炸濃度極限低，則相應(yīng)的液體爆炸溫度極限低；液體越易蒸發(fā)，則爆炸溫度極限越低。 2. 壓力。壓力升高使爆炸溫度上、下限升高，反之則下降。這主要是因?yàn)榭倝荷邥r(shí)，為使蒸氣濃度達(dá)到爆炸濃度極限，需要相應(yīng)地增加蒸氣壓力。表59給出了壓力對甲苯閃點(diǎn)的影響結(jié)果，由此知，壓力升高，閃點(diǎn)升高，即爆炸溫度下限升高。 飛機(jī)起飛時(shí)，油箱里的壓力發(fā)生較大的變化，因此燃油的爆炸溫度極限也發(fā)生很大的變化，當(dāng)燃油溫度處于爆炸溫度極限范圍內(nèi)時(shí)，油面上方的蒸氣/空氣混合物就會成為可燃的，這在遭遇

19、雷電等放電事故時(shí)是非常危險(xiǎn)的。圖53(a)和(b)分別是以航空煤油和JP4為燃油的飛機(jī)在飛行期間燃油可燃性區(qū)域的變化情況。圖中燃油爆炸溫度極限和燃油溫度隨飛行過程發(fā)生變化。 3水分或其他物質(zhì)含量。由于水蒸氣在液面上的可燃蒸氣空氣混合氣體中起著情性氣體作用，因此，在可燃液體中加入水會使其爆炸溫度極限升高。如果在閃點(diǎn)高的可燃液體中加入閃點(diǎn)低的可燃液體，則混合液體的爆炸溫度極限比前者低，但比后者高。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使低閃點(diǎn)液體的加入量很少，也會使混合液體的閃點(diǎn)比高閃點(diǎn)液體的閃點(diǎn)低得多。例如，在煤油中加入1%的汽油，煤油的閃點(diǎn)要降低10以上。 4. 火源強(qiáng)度與點(diǎn)火時(shí)間。一般來說，在其他條件相同時(shí)，液面上

20、的火源強(qiáng)度越高，或者點(diǎn)火時(shí)間越長，液體的爆炸溫度下限(或閃點(diǎn))越低。這是因?yàn)榇藭r(shí)液體接受的熱量很多，液面上蒸發(fā)出的蒸氣量增加。例如、在電焊電弧作用于液面時(shí)，由于電弧的能量很高，液體在初溫低于正常實(shí)驗(yàn)條件下的閃點(diǎn)時(shí)也會發(fā)生閃燃；一個(gè)較大的機(jī)械零件進(jìn)入淬火油前在油面上有一段停留時(shí)間，可能導(dǎo)致淬火油在較低的初始溫度下發(fā)生閃燃或著火。 第三節(jié) 液體著火 可燃液體的著火有引燃(或點(diǎn)燃)和自燃兩種形式。 一、液體引燃 可燃液體的蒸氣與空氣的混合物在一定的溫度條件下，與火源接觸發(fā)生連續(xù)燃燒現(xiàn)象，稱之為可燃液體的引燃著火。發(fā)生引燃著火的液體的最低溫度稱為液體的燃點(diǎn)或著火點(diǎn)，也有人稱之為焰點(diǎn)或火焰點(diǎn)。 (一)引

21、燃著火條件 可燃液體的蒸氣與空氣的混合氣體被點(diǎn)燃后要在頁面上建立穩(wěn)定火焰。則必須使蒸發(fā)速度滿足下列條件： (511)式中： 蒸發(fā)速度或燃燒速度，g/(m2s)， 燃燒熱HC中傳回到液體表面的百分?jǐn)?shù)； 單位面積的液面上，外界熱源的加熱速率，kW/m2； 單位面積液面的熱損失速率，kW/m2； LV液體的蒸發(fā)熱，kJ/g。 包括輻射傳熱分?jǐn)?shù)和對流傳熱分?jǐn)?shù)兩部分，即：。在點(diǎn)火瞬間，火焰不大且不亮，。而趨近于，所以式(511)可改寫為 (512)或 (513) 如果引燃不成功(如閃燃)，則有 (514)或 (515) 綜上分析：S=0時(shí)，可燃液體將被引燃著火，而且最終將產(chǎn)生穩(wěn)定燃燒。 必須指出，引燃能

22、否成功與的大小有很大的關(guān)系。點(diǎn)燃成功后，如迅速撤走外界點(diǎn)火源，則=0，這時(shí)S有可能小于零，火焰又重新熄滅?？梢娨后w的燃點(diǎn)也不是一個(gè)物性常數(shù)，它受到外界加熱源和自身熱損失(如以上各式中的)的影響。 (二)低閃點(diǎn)液體的引燃 所謂低閃點(diǎn)液體是指閃點(diǎn)小于環(huán)境溫度的液體。對這類液體，由于液面上的蒸氣濃度已經(jīng)達(dá)到著火濃度，其蒸氣與空氣的混合物遇火源就會被引燃，火焰迅速通過混合氣體傳播到整個(gè)液面。之后，液體邊蒸發(fā)邊與空氣在火焰中混合燃燒。 (三)高閃點(diǎn)液體的引燃 當(dāng)液體閃點(diǎn)大于環(huán)境溫度時(shí)，液面上的蒸氣濃度小于爆炸濃度下限，這時(shí)不可能用點(diǎn)火源對液體表面進(jìn)行快速的引燃。常見的點(diǎn)燃方式有兩種。一種方法是對液體進(jìn)行

23、整體加熱，使其溫度大于燃點(diǎn)，然后進(jìn)行點(diǎn)燃；另一種方法是利用燈芯點(diǎn)火。用小火焰或小的灼熱體緊靠液面加熱，引起的燃燒，就屬于這種燈芯點(diǎn)火方式。 圖54是燈芯點(diǎn)火引起的液體流動示意圖。 燈芯點(diǎn)火的原理為：由于毛細(xì)現(xiàn)象，燈芯將可燃液體吸附到燈芯中，又由于燈芯比熱小，燈芯上的液體的熱對流運(yùn)動被限制因此很容易用小火焰加熱，使燈芯上的可燃液體被加熱到燃點(diǎn)以上溫度而被點(diǎn)燃。燈芯周圍的液體被加熱，表面張力的平衡被破壞，從而使液體產(chǎn)生回流，即在液體表面上產(chǎn)生一個(gè)凈作用力，驅(qū)使熱流體離開受熱區(qū)，而液面以下鄰近的冷流體則流向加熱區(qū)。圖54說明了這種回流的產(chǎn)生過程，回流加熱的結(jié)果會使液體的整體溫度提高，當(dāng)燈芯附近的液體

24、溫度達(dá)到燃點(diǎn)時(shí)，火焰就開始從燈芯向整個(gè)液面?zhèn)鞑ァ?液面上火焰從中心向周圍傳播過程如圖55所示。 由于主體火焰前端的表面液體被逐漸加熱，蒸氣濃度逐漸增加，所以可以觀察到火焰脈沖現(xiàn)象(即一閃即滅的現(xiàn)象)，其火焰顏色和特征與預(yù)混火焰類似。液體溫度增加，脈沖寬度減小。當(dāng)液體溫度進(jìn)一步增加時(shí)，脈沖現(xiàn)象消失。緊接著脈沖現(xiàn)象之后，經(jīng)過一段過渡，火焰便是蒸氣邊蒸發(fā)邊與空氣在火焰中混合燃燒的充分發(fā)展的火餡，一般火焰為黃色，有煙產(chǎn)生。 影響火焰向前傳播的一般因素如下： 1液體性質(zhì) 一般來講，不同液體液面上火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌?。液體蒸發(fā)熱越大，液面上蒸氣儂度越低，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍叫?；相反液體蒸發(fā)熱越小，液面上蒸氣濃度越高

25、，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇臁?2.液體溫度 溫度增高，蒸氣濃度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾樱魵鉂舛仍龈叩脚c空氣濃度之比等于化學(xué)當(dāng)量比時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾拥阶羁臁?某些液體液面上火焰最大傳播速度見表510。 3. 液層厚度 顯然，液體越深，局部加熱液面所引起的對流向深層液體散熱越多，液體表面升溫就越慢，火焰從中心火源蔓延到整個(gè)液面的著火時(shí)間就越長；相反，液體越淺，對流向液體深層散熱越小，液體表面升溫就越快，整個(gè)液面著火感應(yīng)期就越短，但液體深度小到一定程度以后，由于向容器壁的散熱增大，著火感應(yīng)期會迅速增加。當(dāng)液層深度小于1mm時(shí)，液層則不能被引燃。浮在海面上的原油不能引燃，就是因?yàn)樵拖潞Ｋ崾贡”〉脑蛯?/p>

26、溫度很難升高所致。 二、液體自燃 如果可燃液體(或其局部)的溫度達(dá)到燃點(diǎn)，但沒有接觸外界明火源，就不會著火。若繼續(xù)對它進(jìn)行加熱，使其溫度上升到一定程度后，即使不接觸明火，它也能自發(fā)著火燃燒。可燃液體的這種沒有火源作用，而靠外界加熱而引起的著火現(xiàn)象，稱之為自燃著火。發(fā)生自燃著火的最低溫度稱為自燃點(diǎn)或自發(fā)著火點(diǎn)。一些典型可燃液體的自燃點(diǎn)列于表511中。 (一)自燃點(diǎn)的影響因素液體的自燃點(diǎn)不是物性參數(shù)，它不僅與其本性有關(guān)，而且還受下列因素影響： 1.壓力 壓力增大，液面上方的蒸氣濃度和氧氣濃度增加，化學(xué)反應(yīng)速度增加，從而使放熱速度提前大于散熱速度。自燃點(diǎn)降低(見表12)。 需要指出的是，在動態(tài)平衡時(shí)

27、.增加壓力，蒸氣變?yōu)橐后w，因此蒸氣壓力變化很小，而主要是使氧濃度增大。 2.蒸氣濃度 在自燃點(diǎn)溫度下，液體已經(jīng)全部汽化，蒸氣濃度與氧的濃度比就可以改變了。增加可燃蒸氣濃度會使反應(yīng)速度加快，放熱速度增加，自燃點(diǎn)降低。但是當(dāng)可燃蒸氣濃度增大到等于當(dāng)量濃度時(shí)，自燃點(diǎn)最低，再增加可燃蒸氣濃度，自燃點(diǎn)反而會增加。表513列出了甲烷濃度變化與自燃點(diǎn)改變的關(guān)系。 3. 氧含量 空氣中氧含量的提高有利于化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因此會使可燃液體的自燃點(diǎn)降低；反之，氧含量下降會使自燃點(diǎn)升高。圖56表示了空氣中含氧量對JP6燃料自燃點(diǎn)的影響，從圖上可見，在較小的含量范圍內(nèi)，氧氣含量對自燃點(diǎn)的影響十分顯著，超過該范圍，這一影響

28、不太顯著。 4. 催化劑 活性催化劑如鈰、鐵、釩、鉆、鎳等的氧化物，能加速氧化反應(yīng)而降低可燃液體的自燃點(diǎn)；而鈍性催化劑如油品抗震劑一四乙基鉛等。則能使可燃液體的自燃點(diǎn)升高。 5. 容器特性 容器材料的性質(zhì)不同，其導(dǎo)熱等性能不一樣，因此對同一種可燃液體的自燃點(diǎn)的影響不同。容器材質(zhì)對幾種液體自燃點(diǎn)的影響見表514。 容器的尺寸不同，可燃液體的自燃點(diǎn)也隨之變化。在容積大的容器中，自燃點(diǎn)降低。這是因?yàn)榇笕萜鞯谋砻娣e與體積的比值較低，反應(yīng)介質(zhì)單位體積的熱損失速率也較低。甲醇和甲苯自燃點(diǎn)隨容器大小變化的情況如圖57。另外，容器的直徑越小，可燃液體的自燃點(diǎn)越高。例如在直徑分別為0.5、1.0、2.5cm的容

29、器中，二硫化碳的自燃點(diǎn)分別為270、238、202。 (二)同類液體自燃點(diǎn)變化規(guī)律 l. 同系物的自燃點(diǎn)隨分子量的增大而降低。這是因?yàn)橥滴飪?nèi)化學(xué)鍵鍵能隨分子量增大而變小，因而反應(yīng)速度快，自燃點(diǎn)降低。表515表示了烷烴和醇類自燃點(diǎn)隨分子量的變化。 2. 有機(jī)物中的同分異構(gòu)體物質(zhì)，其正構(gòu)體的自燃點(diǎn)比異構(gòu)體的自燃點(diǎn)低，如表516所示。 有機(jī)物正構(gòu)體比異構(gòu)體自燃點(diǎn)低的原因，是由于電子效應(yīng)與空間效應(yīng)造成的，電子效應(yīng)有兩種作用，斥力和引力。異構(gòu)體中C原子上的氫原子被烷基R取代以后，R基的電負(fù)性小，與分子中電荷中心產(chǎn)生共振(相當(dāng)于正負(fù)電荷中和)，使分子穩(wěn)定化?？臻g效應(yīng)就是分子中C原子上H被取代基取代以后，

30、使得空間擁擠，造成分子中的反應(yīng)中心難以和另一個(gè)反應(yīng)分子接近，反應(yīng)不易進(jìn)行，自燃點(diǎn)升高。 3飽和烴比相應(yīng)的非飽和烴的自燃點(diǎn)高。這是因?yàn)榉秋柡蜔N中含有比較活潑的鍵，易于氧化而自燃，飽和烴和非飽和烴自燃點(diǎn)的比較見表517。 4. 烴的含氧衍生物(如醇類、醛類、醚類)的自燃點(diǎn)低于分子中含相同碳原子數(shù)的烷烴的自燃點(diǎn)，而且醇類自然點(diǎn)高子醛類自燃點(diǎn)，如表518所示。這是因?yàn)楹跹苌镂龀龅难跏够瘜W(xué)反應(yīng)速度加快，從而降低自燃點(diǎn)。 5.環(huán)烷類的自燃點(diǎn)一般高于相應(yīng)烷類的自燃點(diǎn)，如表51所示。 從上面的討論可以看出，有機(jī)化合物同系物的自燃點(diǎn)變化規(guī)律幾乎與其閃點(diǎn)的變化規(guī)律相反。這是因?yàn)殚W點(diǎn)的大小主要受分子間力的大小影

31、響，而自燃點(diǎn)主要取決于活化能的大小。 第四節(jié) 可燃液體的穩(wěn)定燃燒 可燃液體一旦著火并完成液面上的傳播過程之后，就進(jìn)入穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)。液體的穩(wěn)定燃燒一般呈水平平面的“池狀”燃燒形式，也有一些呈“流動”燃燒的形式。本節(jié)主要研究池狀燃燒的燃燒速度及其影響因素、液體穩(wěn)定燃燒的火焰特征。 一、液體的然燒速度 (一)液體燃燒速度表示方法 液體燃燒速度有兩種表示方式，即重量速度和線速度。 1. 燃燒線速度(V)：單位時(shí)問內(nèi)被燒掉的液層厚度。可以表示為： (5l6)式中：H液體然燒掉的厚度(mm)； t液體燃燒所需時(shí)同(h)。 2. 重量燃燒速度：單位時(shí)間內(nèi)單位面積()燃燒的液體的重量()，可以表示為 (51

32、7) (二) 液體燃燒速度的測定 圖58是液體燃燒速度測定裝置示意圖。測定時(shí)，容器和滴定管中都裝滿可然液體，液體因燃燒而逐漸下降，但可利用滴定管逐漸上升而多出的液體來補(bǔ)充燒掉的液體，使液面始終保持在OO線上。記錄下燃燒時(shí)問和滴定管上升的體積，即可算出可燃液體的燃燒速度。 (三) 影響液體燃燒速度的因素 1. 液體的初溫影響 液體燃燒的質(zhì)量速度G可表示為 (518)式中：液面接收的熱量，； G液體燃燒的質(zhì)量速度，； LV液體的蒸發(fā)熱，(kJ/kg)； 液體的平均熱容，kJ/(kg)； 燃燒時(shí)的液面溫度，； 液體的初溫，。 從式(518)可以看出，初溫升高，燃燒速度加快。這是因?yàn)槌鯗馗撸后w預(yù)熱到

33、所需的熱量就少，從而使更多的熱量用于液體的蒸發(fā)。 2.容器直徑大小的影響 液體通常盛裝于圓柱形立式容器中，其直徑大小對液體的燃燒速度有很大的影響(如圖59所示)。 從圖中可以看出，火焰有三種燃燒狀態(tài)；液池直徑小于0.03m時(shí)，火焰為層流狀態(tài)，燃燒速度隨直徑增加而減小；直徑大于1m時(shí)，火焰是充分發(fā)展的湍流狀態(tài)，燃燒速度為常數(shù)，不受直徑變化的影響；直徑介于0.031.0m的范圍內(nèi)時(shí)，隨著直徑的增加，燃燒狀態(tài)逐漸從層流狀態(tài)過渡到湍流狀態(tài)，燃燒速度在0.1m處到達(dá)最小值，之后燃燒速度隨直徑增加逐漸上升到湍流狀態(tài)的恒定值。 液面燃燒速度隨直徑變化的關(guān)系可由火焰向液面?zhèn)鳠岬娜N機(jī)理中，每種傳熱機(jī)理在不同階

34、段的相對重要性發(fā)生變化來解釋。如果沒有外界熱源存在，方程(518)中的為火焰?zhèn)鬟f給液面的熱量。整個(gè)液面接受火焰的熱通量可表示為導(dǎo)熱、對流和輻射三項(xiàng)熱通量之和，即 (519) 導(dǎo)熱項(xiàng)表示的是通過容器壁傳遞的熱量，可表示為 (520) 式中和分別表示火焰和液面的溫度；K1是考慮了從火焰向器壁傳熱、器壁內(nèi)傳熱和器壁向液體傳熱三項(xiàng)傳熱的傳熱系數(shù)；D是容器直徑。對流傳熱項(xiàng)可表示為 (521)式中K2是對流傳熱系數(shù)。 輻射傳熱項(xiàng)中包含了液面的再輻射，因此可表示為 (522)式中K3為常數(shù)，包含了斯蒂芬波爾茲蔓常數(shù)和火焰向液面輻射的角系數(shù)等因素；而則是火焰的輻射率，其中K4是考慮了火焰向液面輻射的平均射線行

35、程和火焰內(nèi)的輻射粒子的濃度和輻射率的一個(gè)常數(shù)。 將方程(520)、(521)和(522)相加并除以液面面積即得方程(518)中的具體表達(dá)式為 (523) 式(523)表明，當(dāng)直徑D很小時(shí)，導(dǎo)熱項(xiàng)占主導(dǎo)地位，D越小，越大，因此，燃燒速度越大，如式(518)所示；當(dāng)D很大時(shí)，導(dǎo)熱項(xiàng)趨近于0，而輻射項(xiàng)占主導(dǎo)地位，且趨于一個(gè)常數(shù)，因此根據(jù)式(518)，燃燒速度為常數(shù)；在過渡階段，導(dǎo)熱、對流和輻射共同起作用，又因?yàn)槿紵龔膶恿飨蛲牧鬟^渡，加強(qiáng)了火焰向液面的傳熱，因此，燃燒速度隨直徑增加迅速減小到最小值，隨后隨直徑增加而上升，直至達(dá)到最大值。 Burgess等人對大圓池(D 1m)中烴類液體的燃燒實(shí)驗(yàn)所得到

36、的結(jié)果也表明了輻射傳熱占優(yōu)勢，并得出了輻射占主導(dǎo)作用時(shí)液體的極限直線燃燒速度，如表520。并用下式表示直線燃燒速度，即 式中K為常數(shù)，D為圓池直徑。 從表520可以看出，雖然其中有深冷液體(液化石油氣)，但它們的極限燃燒速度是比較接近的。不過甲醇的極限燃燒速度很小。這是因?yàn)槠湔舭l(fā)潛熱值較大，而其火餡的輻射率較低。 3. 容器中液體高度的影響 容器中的液體高度是指液面距離容器上口邊緣的高度。表521中列出了幾種液體在不同高度時(shí)的直線燃燒速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表中的數(shù)字表明，隨著容器中液位的下降，直線燃燒速度相應(yīng)降低。這是因?yàn)殡S著液位下降，液面到火焰底部的距離加大，所以火焰向液面的傳熱速度降低。 4. 液

37、體中的含水最的影響 液體中含水時(shí)，由于從火焰?zhèn)鬟f出的熱量有一部分要消耗于水分蒸發(fā)，因此液體的燃燒速度下降。而且含水量越多，燃燒速度越慢。圖510所示為含水量不同的重油在直徑為0.8m的貯罐中燃燒時(shí)液面高度的變化情況。 5有機(jī)同系物液體的密度的影響同系物液體的密度的高低可以表示液體的揮發(fā)性的大小，而揮發(fā)性大小又可似說明燃燒速度的快慢。一般地，液體的密度越小，其燃燒速度越快。利用24.4mm直徑的容器測定幾種石油產(chǎn)品的燃燒速度，結(jié)果如圖511所示。由圖可見。石油產(chǎn)品(烷烴同系物)的直線速度與其密度成反比關(guān)系。 6. 風(fēng)的影響 風(fēng)有利于空氣和液體蒸氣的混合可使燃燒速度加快。圖512給出了三種石油產(chǎn)品

38、的燃燒速度與風(fēng)速的關(guān)系。從該圖可以看出，風(fēng)速對汽油和柴油的燃燒速度影響大，但對重油幾乎沒有影響；如果風(fēng)速增大到超過某一個(gè)程度，幾乎所有液體的燃燒速度都將趨于某一固定值。這可作如下解釋：火焰向液面的輻射熱通量同時(shí)受到火焰的輻射強(qiáng)度和火焰的傾斜度這兩個(gè)因素的影響。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，隨著燃燒速度的加強(qiáng)，火焰的輻射強(qiáng)度增加；但同時(shí)火焰的傾斜度也增大，這使從火焰到液面的輻射角系數(shù)減小。綜合兩個(gè)因素對輻射熱通量的影響，液體的表面所得到的熱通量趨于常數(shù)，所以燃燒速度趨于一定值。 在小直徑油罐內(nèi)作燃燒試驗(yàn)時(shí)，某些液體燃料的燃燒速度可能出現(xiàn)隨風(fēng)速增大而減慢的現(xiàn)象。在直徑很大的地面油池模擬火災(zāi)試驗(yàn)中也有類似的現(xiàn)象發(fā)生

39、。人們認(rèn)為，前者主要是因?yàn)楣迯叫。L(fēng)使燃燒不穩(wěn)定；后者是由于火焰被層層煙霧包圍導(dǎo)致供氧不足。 二、液體穩(wěn)定燃燒的火焰特征 (一)火焰的燃燒狀態(tài) 如前所述，當(dāng)液池直徑D0.03m時(shí)，火焰呈層流狀態(tài)。這時(shí)空氣向火焰面擴(kuò)散，可燃液體蒸氣也向火焰面擴(kuò)散，所以燃燒的主要方式是擴(kuò)散燃燒；當(dāng)直徑0.03mD1.0m時(shí)，火焰發(fā)展為湍流狀態(tài)，火焰的形狀由層流狀態(tài)的圓錐形變?yōu)樾螤畈灰?guī)則的湍流火焰。 大多數(shù)實(shí)際液體火災(zāi)為湍流火焰。在這種情況下，油面蒸發(fā)速度較大，火焰燃燒劇烈，由于火焰的浮力運(yùn)動，在火焰底部與液面之間形成負(fù)壓區(qū)，結(jié)果大量的空氣被吸入，形成激烈翻卷的上下氣流團(tuán)，并使火焰產(chǎn)生脈動，煙柱產(chǎn)生蘑菇狀的卷吸運(yùn)動

40、，使大量的空氣被卷入。圖513是湍流型火焰的示意圖。 (二)火焰的傾斜度 液池內(nèi)油品的火焰大體上呈錐形，錐形底就等于燃燒的液池面積。錐形火焰受到風(fēng)的作用而產(chǎn)生一定的傾斜角度，這個(gè)角度的大小與風(fēng)速有直接的關(guān)系。當(dāng)風(fēng)速大于或等于4m/s時(shí)，火焰會向下風(fēng)方向傾斜約6070o。此外，試驗(yàn)還表明，在無風(fēng)的條件下，火焰會在不定的方向傾斜05o，這也許是因?yàn)榭諝庠谝撼剡吘壉晃氲牟黄胶饣蚧鹧婢砣肟諝獠粚ΨQ所造成。 (三)火焰的高度 火焰高度通常是指由可見發(fā)光的碳微粒所組成的柱狀體的頂部高度，它取決于液池直徑和液體種類。如果以圓池直徑D為橫坐標(biāo)，以火焰高度H與圓池直徑D之比H/D為縱坐標(biāo)，可以得出如圖514的

41、試驗(yàn)結(jié)果。從圖上看出，在層流火焰區(qū)域內(nèi)，H/ D的增大而降低；而在湍流火焰區(qū)域內(nèi)，H/D基本上與D無關(guān)。一般地，有如下的關(guān)系： 層流火焰區(qū)： (524) 湍流火焰區(qū)： (525) 由試驗(yàn)得出的汽油火焰的高度與液池直徑的關(guān)系列于表522，表中數(shù)據(jù)與式(525)基本吻合。 Heskestad對廣泛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得到了下面的火焰高度公式： (526) 式中是整個(gè)液池火焰的熱釋放速率，kW；H和D的單位均為m。公式(526)在的范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。對大池火焰 (如D 100m)，由于火焰破裂為小火焰，上述方程不適用。 (四)火焰的溫度特征火焰溫度主要取決干可燃液體種類，一般石油產(chǎn)品的火

42、焰溫度在9001200之間?；鹧嫜乜v軸的溫度分布如圖515所示。從油面到火焰底部存在一個(gè)蒸氣帶，從火焰輻射到液面的熱量有一部分被蒸氣帶吸收，因此，溫度從液面到火焰底部迅速增加；到達(dá)火焰底部后有一個(gè)穩(wěn)定階段；高度再增加時(shí)，則由于向外損失熱量和卷入空氣，火焰溫度逐漸下降。 McCaffrey應(yīng)用數(shù)學(xué)模擬理論對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，得到了火焰中心線上火焰內(nèi)、火焰頂部過渡段及火餡上方的浮煙羽的溫度分布公式為 (527)式中：T0環(huán)境溫度，k； 整個(gè)火焰的熱釋放速率，kW； h火焰中心線上的點(diǎn)與液面的距離，m； T0“火焰中心線與環(huán)境溫度差，K； K、C和常數(shù)，見表523。 (五)火焰內(nèi)的氣流流速 由于熱對

43、流，火焰內(nèi)的氣體向上作加速運(yùn)動，因此，隨高度增加，氣體的流動速度加大。在火焰上方，由于卷入的冷空氣使煙羽流溫度下降，故氣流向上的流動速度逐漸減慢，McCaffrey總結(jié)的火焰中心線上的氣流速度公式如下： (528)式中是中心線上的氣流速度，其它各項(xiàng)的意義與式(527)相同。 (六)火焰的輻射 火焰通過輻射對液池周圍的物體傳熱，這是火焰的另一個(gè)特征，火焰對物體的輻射熱通量取決干火焰溫度與厚度，火焰內(nèi)輻射粒子的濃度和火焰與被輻射物體之間的幾何關(guān)系等因素。計(jì)算火焰的輻射對確定油罐間的防火安全距離、設(shè)計(jì)消防灑水系統(tǒng)是十分必要的。下面介紹兩種近似計(jì)算方法。 1. 點(diǎn)源法 如圖516所示，火焰高度近似地由

44、下式計(jì)算： (526)液池的熱釋放速率為 (529)式中是液面面積；G是單位面積的液面上的蒸發(fā)速率。 假定總熱量的30%以輻射能的方式向外傳遞，則輻射熱速率為 所謂點(diǎn)源法即是假定是從火焰中心軸上離液面高度為H/2處的點(diǎn)源發(fā)射出。因此，離點(diǎn)源R距離處的輻射熱通量為 (530) 在圖516中，存在如下關(guān)系： (531)式中d是火焰中心軸到被輻射體的水平距離。 假定被輻射體與視線PT的夾角為，則投射到輻射接受體表面的輻射熱通量為 (532) 例如，汽油罐直徑為10m，重量燃燒速度為0.058kg/(m2s)汽油的燃燒熱為HC=45kJ/g。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰熱釋放速率為 火焰高度為 火焰的總輻射速率為

45、P、T兩點(diǎn)距離為 將以上數(shù)據(jù)及表達(dá)式代入式(532得距離火焰中心線為d的T處的水平面上的輻射熱通量的表達(dá)式為 之間的關(guān)系如圖517所示。 2.長方形輻射面法在該方法中，火焰被假定為高H；寬D的長方形平板，熱量由平板兩面向外輻射，兩面的輻射力均為： (533) 根據(jù)式(243)，圖516中點(diǎn)T處的輻射熱通量為： (534) 式中是T所處的水平微元面對火焰矩形面的角系數(shù)。火焰中心線將火焰平面分為兩個(gè)長方形，T所處的水平微元面對每個(gè)長方形的角系數(shù)可通過公式(246)計(jì)算，是的兩倍，即 (535) 由方法2得到的與d的關(guān)系也示于圖517中。從圖中可以看出，在相同的d值下，由方法2計(jì)算得到的T點(diǎn)處的輻射

46、熱通量比由方法1所得相應(yīng)值要高，這是因?yàn)樗鼘⑤椛潴w作為放大源來討論，且忽略了火焰內(nèi)的溫度不均勻性及煙塵對輻射的遮蔽效應(yīng)。 第五節(jié) 原油和重質(zhì)石油產(chǎn)品 燃燒時(shí)的沸溢和噴濺 可燃液體的蒸氣與空氣在液面上邊混合邊燃燒，燃燒放出的熱量會在液體內(nèi)部傳播。由于液體特性不同，熱量在液體中的傳播具有不同的特點(diǎn)，在一定的條件下，熱量在液體中的傳播會形成熱波，并引起液體的沸溢和噴濺，使火災(zāi)變得更加猛烈。 一、基本概念 1.初沸點(diǎn)：原油中最輕的烴類沸騰時(shí)的溫度，也是原油中最低的沸點(diǎn)。 2.終沸點(diǎn)：原油中最重的烴類沸騰時(shí)的溫度，也是原油中最高的沸點(diǎn)。 3.沸程：不同比重不同沸點(diǎn)的所有餾分轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾淖畹秃妥罡叻悬c(diǎn)的溫

47、度范圍。各種單組分液體只有沸點(diǎn)而無沸程。 4.輕組分：原油中比重最輕、沸點(diǎn)最低的很少一部分烴類組分。 5.重組分：原油中比重最大、沸點(diǎn)最高的很少一部分烴類組分。 二、單組分液體燃燒時(shí)熱量在液層的傳播特點(diǎn) 單組分液體(如甲醇、丙酮、苯等)和沸程較窄的混合液體(如煤油、汽油等)，在自由表面燃燒時(shí)，很短時(shí)間內(nèi)就形成穩(wěn)定燃燒，且燃燒速度基本不變。這類物質(zhì)的燃燒具有以下幾種特點(diǎn)： (一)液面溫度接近但稍低于液體的沸點(diǎn) 液體燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鹘o液面的熱量使液面溫度升高。達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)、液面的溫度則不再升高。液體在敞開空間燃燒時(shí)，蒸發(fā)在非平衡狀態(tài)下進(jìn)行，且液面要不斷地向液體內(nèi)部傳熱，所以液面溫度不可能達(dá)到沸點(diǎn)，而是

48、稍小于沸點(diǎn)。 (二)液面加熱層很薄 單組分油品和沸程很窄的混合油品，在池狀穩(wěn)定燃燒時(shí)，熱量只傳播到較淺的油層中，即液面加熱層很薄。這與我們想象認(rèn)為“液面加熱層隨時(shí)間不斷加厚”是不符合的。圖518是丁醇和汽油穩(wěn)定燃燒時(shí)的液面下溫度分布。 液體穩(wěn)定燃燒時(shí)，液體蒸發(fā)速度是一定的，火焰的形狀和熱釋放速率是一定的，因此，火焰?zhèn)鬟f給液面的熱量也是一定的。這部分熱量一方面用于蒸發(fā)液體，另一方面向下加熱液體層。如果加熱厚度越來越厚，則根據(jù)導(dǎo)熱的傅里葉定律，通過液面?zhèn)飨蛞后w的熱量越來越少，而用干蒸發(fā)液體的熱量越來越多，從而使火焰燃燒加劇。顯然，這是與液體穩(wěn)定燃燒的前提不符合的。因此，液體在穩(wěn)定燃燒時(shí)，液面下的溫

49、度分布是一定的。 建立如圖519所示的坐標(biāo)系。設(shè)x是離開液面的深度，T是x處的溫度，則液體內(nèi)部的溫度分布服從下列能量方程： 或 (536)式中：是液體燃燒線速度。為熱擴(kuò)散系數(shù)；K、分別是液體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱。 與式(536)相對應(yīng)的邊界條件為. (537) (538)其中是液面溫度，是液體初溫。 聯(lián)立式(536)、(537)和(538)求解，得液面下的溫度分布為或 (539)式中 從式(5 39)可以看出，不同的液體其液面下溫度分布是不同的，即加熱層厚度不同。越小，加熱層厚度越大；沸點(diǎn)越高，越高，加熱層厚度也越高，這是因?yàn)橐好媾c液層內(nèi)部的溫差大，有利于熱量向內(nèi)傳播。 如果液池面積不大，或者隨著液體層不斷下降，液面下溫度的實(shí)際分布則與式(539)不完全相符，這是因?yàn)椴糠譄崃客ㄟ^池壁傳遞的緣故。 三、原油燃燒時(shí)熱量在液層中的傳播特點(diǎn) 沸程較寬的混合液體，主要是一些重質(zhì)油品，如原油、渣油、蠟油、瀝青、潤滑油等等，由于沒有固定的沸點(diǎn)，在燃燒過程中，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量首先使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)并進(jìn)入燃燒區(qū)燃燒，而沸點(diǎn)較高的重質(zhì)部分，則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降形成一個(gè)熱的鋒面向液體深層傳播。逐漸深入并加熱冷的液層。這一現(xiàn)象稱