自燃理論燃燒學基礎(chǔ)

1、一、熱自燃理論的一、熱自燃理論的基本出發(fā)點基本出發(fā)點 體系能否著火取決于化學反應(yīng)體系能否著火取決于化學反應(yīng)放熱因素放熱因素與體系與體系向環(huán)境向環(huán)境散熱因素散熱因素的相對大小。如果反應(yīng)放熱占優(yōu)勢，的相對大小。如果反應(yīng)放熱占優(yōu)勢，體系就會出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，出體系就會出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，出現(xiàn)自燃。反之，不能自燃?，F(xiàn)自燃。反之，不能自燃。二、謝苗諾夫自燃理論二、謝苗諾夫自燃理論 謝苗諾夫自燃理論的基本出發(fā)點：自然體系的謝苗諾夫自燃理論的基本出發(fā)點：自然體系的著火成功與否取決于著火成功與否取決于放熱因素放熱因素和和散熱因素散熱因素的相互關(guān)的相互關(guān)系。系。 放熱因放熱因素素散

2、熱因素散熱因素放熱因素放熱因素散熱因散熱因素素熱量熱量積累積累熱量熱量積累積累能能不能不能二、熱自燃理論的研究對象和模型二、熱自燃理論的研究對象和模型 研究對象：研究對象：內(nèi)部充滿預(yù)混可燃氣體的容器，容器內(nèi)部充滿預(yù)混可燃氣體的容器，容器外環(huán)境溫度為外環(huán)境溫度為T0 簡化假設(shè)簡化假設(shè):（1）設(shè)容器體積為）設(shè)容器體積為V，表面積為，表面積為A。（2）壁溫與混氣溫度始終相同，開始時二者均為）壁溫與混氣溫度始終相同，開始時二者均為T0，隨著，隨著反應(yīng)進行二者溫度上升為反應(yīng)進行二者溫度上升為T。（3）容器中各點的溫度、濃度相同。）容器中各點的溫度、濃度相同。（4）容器中既無自然對流，也無強迫對流。）容器

3、中既無自然對流，也無強迫對流。（5）環(huán)境與容器之間有對流換熱，對流換熱系數(shù)為）環(huán)境與容器之間有對流換熱，對流換熱系數(shù)為h，它不，它不隨溫度變化。隨溫度變化。（6）著火前反應(yīng)物濃度變化很小。）著火前反應(yīng)物濃度變化很小。放熱速率、散熱速率放熱速率、散熱速率放熱速率：放熱速率：單位時間體系中的混氣由化學反應(yīng)放出單位時間體系中的混氣由化學反應(yīng)放出的熱量。用的熱量。用Q1表示表示.散熱速率：散熱速率：單位時間體系中的混氣平均向外界環(huán)境單位時間體系中的混氣平均向外界環(huán)境散發(fā)的熱量。用散發(fā)的熱量。用Q2表示。表示。三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （一）放熱速率與散熱速率（一）放熱速率與散熱

4、速率 RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(02TTAhQ散熱速率：散熱速率：cVdT/dtQQ21能量守恒：能量守恒：dtdTcVTThAeZVQ0E/RT)(nA數(shù)形結(jié)合法：數(shù)形結(jié)合法：RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：TQ1Q2QT0決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h，PRTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：;PT,f1Q)()(h,Tf2Q0Tq 1QTq 2Q決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h，P不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變

5、不變決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！Tq 1Q2QabcT03RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：T02T01Tq 1Q2Qabc決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！a a點：點：穩(wěn)定點，穩(wěn)定點，體系只能穩(wěn)定在交點處體系只能穩(wěn)定在交點處作低溫、緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng)作低溫、緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng)無法加速，體系不能著火；無法加速，體系不能著火；b b點：點：非穩(wěn)定點，非穩(wěn)定點，但是熱力學非自發(fā)狀但是熱力學非自發(fā)狀態(tài)。態(tài)。c c點：點：臨界點，臨界點，標志著體系處于

6、由維持標志著體系處于由維持低溫、穩(wěn)定氧化反應(yīng)狀態(tài)到不能低溫、穩(wěn)定氧化反應(yīng)狀態(tài)到不能維持這種狀態(tài)（即到加速反應(yīng)狀維持這種狀態(tài)（即到加速反應(yīng)狀態(tài)）的態(tài)）的過渡狀態(tài)過渡狀態(tài)，體現(xiàn)了體系熱，體現(xiàn)了體系熱自燃著火條件。自燃著火條件。T Tc c出現(xiàn)火焰的出現(xiàn)火焰的最最低臨界溫度低臨界溫度，為該條件下的，為該條件下的自燃自燃點點。TcRTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：T03T02T01Tq 1Q2Qabc決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！T03相交：相交： 不能自燃；不能自燃；相切：相切： 發(fā)生自燃的發(fā)生自燃的臨

7、界條件臨界條件；相離：相離： 放熱放熱 散熱，熱量積散熱，熱量積累溫度升高，累溫度升高，一定能自一定能自燃燃。TcRTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：T02T01Tq 1Q2Qabc決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！T0TcRTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：T02T013自燃重要的準則：自燃重要的準則：壁溫壁溫T02是個臨界值，是個臨界值，超過這個溫度，反應(yīng)超過這個溫度，反應(yīng)就會不斷加速直至著就會不斷加速直至著火，該溫度稱為火，該溫度稱為臨界臨界環(huán)境溫度環(huán)

8、境溫度，用，用Ta,cr表表示。示。 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h，P變變變變變變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！Tq 1Q2QT0RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！Tq 1Q2QT0RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：a a點：點：b b點：點：c c點：點：相交：相交：相切：相切：相離：相離： a

9、bc決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！Tq 1Q2QT0RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：abc自燃重要的準則：自燃重要的準則：斜率斜率h02是個臨界值，是個臨界值，超過這個對流換熱系超過這個對流換熱系數(shù)，反應(yīng)就會不斷加數(shù)，反應(yīng)就會不斷加速直至著火，該斜率速直至著火，該斜率稱為稱為臨界對流換熱系臨界對流換熱系數(shù)數(shù)，用，用Ha,cr表示。表示。 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h，P變變變變變變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變不變Tq 1Q2QT0決定曲線位置關(guān)系的因素

10、決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：Tq 1Q2QT0決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：a a點：點：b b點：點：c c點：點：相交：相交：相切：相切：相離：相離： abcTq 1Q2QT0決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！RTEnAeZQVQ/1放熱速率：放熱速率：)(0TTAhQ2散熱速率：散熱速率：abc自燃重要

11、的準則：自燃重要的準則：反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力P02是個臨界是個臨界值，體系超過這個壓值，體系超過這個壓力，反應(yīng)就會不斷加力，反應(yīng)就會不斷加速直至著火，該壓力速直至著火，該壓力稱為稱為臨界反應(yīng)壓力臨界反應(yīng)壓力，用用Pa,cr表示。表示。 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力 放熱量越大，越容易自燃；放熱量越小，越不容易自放熱量越大，越容易自燃；放熱量越小，越不容易自燃。燃。 放熱量的增大，放熱量的增大，臨

12、界點臨界點C C的位置的位置左移左移，說明自燃點隨，說明自燃點隨放熱量的增大而減小。放熱量的增大而減小。RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素溫度升高，化學反應(yīng)速度提高，放熱量增大，易發(fā)生自溫度升高，化學反應(yīng)速度提高，放熱量增大，易發(fā)生自燃。燃。1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素催化物降低反

13、應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度。催化物降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度。 少量水分少量水分可以起到可以起到催化劑催化劑的效果，的效果， 自燃點較高的物質(zhì)含有少量的自燃點較高的物質(zhì)含有少量的低自燃點物質(zhì)低自燃點物質(zhì)。1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素在散熱條件相同的情況下，比表面積在散熱條件相同的情況下，比表面積越大越大，越容易自越容易自燃燃。1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3

14、3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素不同的物質(zhì)有不同的影響不同的物質(zhì)有不同的影響 新煤、新制備的金屬粉末；新煤、新制備的金屬粉末； 舊硝化棉舊硝化棉1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 壓力越大壓力越

15、大，反應(yīng)物密度越大，單位體積，反應(yīng)物密度越大，單位體積產(chǎn)生的熱量越多，產(chǎn)生的熱量越多，易發(fā)生自燃易發(fā)生自燃。1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量2 2、溫度、溫度3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì)4 4、比表面積、比表面積5 5、新舊程度、新舊程度6 6、壓力、壓力RTEnAeZQVQ/1三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （三）散熱速率的影響因素（三）散熱速率的影響因素1 1、導熱作用、導熱作用 導熱系數(shù)越小，越易蓄熱，易自燃；導熱系數(shù)越小，越易蓄熱，易自燃；2 2、對流換熱作用、對流換熱作用 對流換熱作用差的，容易自燃。如：通對流換熱作用差的，容易自燃。如：通風不良角落處的浸油紗團或棉布；風不良角

16、落處的浸油紗團或棉布；3 3、堆積方式、堆積方式 大量堆積的粉末或疊加的薄片物體。如大量堆積的粉末或疊加的薄片物體。如：桐油布雨傘、雨衣。：桐油布雨傘、雨衣。注意：評價堆積方式的參數(shù)是注意：評價堆積方式的參數(shù)是表面積表面積/ /體積體積比，此比值越大，散熱能力越強，自燃點越比，此比值越大，散熱能力越強，自燃點越高。高。)(0TTAhQ2四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期 直觀定義直觀定義：可燃體系由：可燃體系由開始發(fā)生化學反應(yīng)開始發(fā)生化學反應(yīng)到到著著火燃燒火燃燒的一段時間。的一段時間。熱著火理論中的定義熱著火理論中的定義：可燃體系在已滿足熱著：可燃體系在已滿足熱著火條件的

17、情況下，由火條件的情況下，由初始狀態(tài)初始狀態(tài)到到溫度開始驟然溫度開始驟然上升上升瞬間所需要的時間。瞬間所需要的時間。著火感應(yīng)期的著火感應(yīng)期的存在原因存在原因：可燃體系在著火前由：可燃體系在著火前由低溫化學反應(yīng)到高溫燃燒反應(yīng)，需要有個低溫化學反應(yīng)到高溫燃燒反應(yīng)，需要有個熱量熱量逐漸積累、溫度逐漸上升過程逐漸積累、溫度逐漸上升過程，反應(yīng)才能自動，反應(yīng)才能自動加速，而這個過程是需要時間的。加速，而這個過程是需要時間的。 Tq lq abcT0TcTTct（一）（一）T-tT-t曲線圖曲線圖四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期 理論分析理論分析基本出發(fā)點：基本出發(fā)點：理論：理論：謝氏理論：謝氏理論： 自熱體系能否著火取決于其自熱體系