閉口系統(tǒng)熱自然理論

1、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主講：陳德敏主講：陳德敏第九章第九章 預(yù)混可燃氣的著火與熄火預(yù)混可燃氣的著火與熄火 9-1閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論內(nèi)容提要及大綱要求內(nèi)容提要及大綱要求 概述概述 掌握不同著火方式的特點掌握不同著火方式的特點 閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 重點掌握閉口系統(tǒng)熱自燃理論的基本思重點掌握閉口系統(tǒng)熱自燃理論的基本思想想 分析熱自燃著火臨界條件分析熱自燃著火臨界條件 影響熱自燃著火臨界條件的因素影響熱自燃著火臨界條件的因素概概 述述 一、必要性一、必要性 1、燃燒設(shè)備、燃燒設(shè)備 2、消防與爆炸、消防與爆炸迅速而可靠的點燃迅速而可靠的點燃火焰穩(wěn)

2、定火焰穩(wěn)定防止著火防止著火熄熄 火火概概 述述 著火：著火： 在短時間內(nèi)預(yù)混可燃氣體從在短時間內(nèi)預(yù)混可燃氣體從較低的化學(xué)反應(yīng)速較低的化學(xué)反應(yīng)速率率迅速達到迅速達到較高化學(xué)反應(yīng)速率較高化學(xué)反應(yīng)速率的過程的過程 熄火熄火 從穩(wěn)定強烈的放熱反應(yīng)向無化學(xué)反應(yīng)的過渡過從穩(wěn)定強烈的放熱反應(yīng)向無化學(xué)反應(yīng)的過渡過程。程。概概 述述 二、著火方式二、著火方式 1、自燃：、自燃：可燃物在可燃物在無外部火源無外部火源作用，因作用，因受熱受熱或自身發(fā)熱并蓄熱而發(fā)生燃燒的現(xiàn)或自身發(fā)熱并蓄熱而發(fā)生燃燒的現(xiàn)象象。 熱自燃熱自燃:整個空間均勻加熱整個空間均勻加熱,T ,達某一溫度著火達某一溫度著火. 化學(xué)自燃化學(xué)自燃(鏈鎖自

3、燃鏈鎖自燃):化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱,T 2、點燃、點燃(引燃引燃): 可燃物可燃物局部局部受高溫?zé)嵩醇邮芨邷責(zé)嵩醇訜釤?T 發(fā)生燃燒的現(xiàn)象發(fā)生燃燒的現(xiàn)象概 述 著火方式的區(qū)別與聯(lián)系著火方式的區(qū)別與聯(lián)系 鏈鎖自燃與熱自燃均為整個空間的著火過程鏈鎖自燃與熱自燃均為整個空間的著火過程，鏈鎖自燃基于鏈鎖反應(yīng)機理，熱自燃基于熱活鏈鎖自燃基于鏈鎖反應(yīng)機理，熱自燃基于熱活化機理，但前者也有熱的作用，后者也有活性化機理，但前者也有熱的作用，后者也有活性中間產(chǎn)物的作用。中間產(chǎn)物的作用。 熱自燃與點燃的區(qū)別在于整體加熱與局部加熱，熱自燃與點燃的區(qū)別在于整體加熱與局部加熱，有無外界火源。著火機理均基于熱活化有無

4、外界火源。著火機理均基于熱活化。閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 基本思想基本思想： 當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)與周圍介質(zhì)間當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)與周圍介質(zhì)間熱平衡被破壞熱平衡被破壞時就發(fā)時就發(fā)生生著火著火。 著火、熄火的本質(zhì)：著火、熄火的本質(zhì)： 利于著火的因素利于著火的因素：反應(yīng)：反應(yīng)放熱放熱（放熱量與放熱速率）（放熱量與放熱速率） 不利于著火的因素不利于著火的因素：散熱散熱 反應(yīng)放熱曲線與系統(tǒng)向環(huán)境散熱曲線相切，為反應(yīng)放熱曲線與系統(tǒng)向環(huán)境散熱曲線相切，為著火著火臨界條件臨界條件。閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 反應(yīng)放熱量反應(yīng)放熱量=系統(tǒng)散熱量是臨界條件？系統(tǒng)散熱量是臨界條件？閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然

5、理論熱自燃著火臨界條件、影響因素分析熱自燃著火臨界條件、影響因素分析假設(shè)條件：假設(shè)條件：體積為體積為V,表面積為表面積為S,壁溫壁溫=T0=環(huán)境環(huán)境=預(yù)混可燃氣的溫度預(yù)混可燃氣的溫度 氣體瞬時溫度為氣體瞬時溫度為T,預(yù)混可燃氣體預(yù)混可燃氣體溫度、濃度化學(xué)反應(yīng)速率處處相等溫度、濃度化學(xué)反應(yīng)速率處處相等 忽略器壁的輻射換熱，容器與環(huán)忽略器壁的輻射換熱，容器與環(huán)境存在對流換熱境存在對流換熱, 且且 不變不變1. 著火前后物質(zhì)濃度變化很小著火前后物質(zhì)濃度變化很小VSTo=C（常數(shù)）T、C T=T()C=C() 熱收入熱收入：化學(xué)反應(yīng)放熱熱支出熱支出：器壁導(dǎo)熱+熱力學(xué)能增量閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自

6、然理論 簡化后方程簡化后方程 （1） 常物性條件下：常物性條件下： 認為自燃的瞬間即達到穩(wěn)定狀態(tài)認為自燃的瞬間即達到穩(wěn)定狀態(tài)，故，故 ，簡化為：，簡化為： （3）(2) rTT22p c0T22rT熱力學(xué)能增量熱力學(xué)能增量熱損失熱損失生成熱生成熱rTrTcp 等式左邊等式左邊為散熱量，穩(wěn)定的均勻散熱為：為散熱量，穩(wěn)定的均勻散熱為： （直線）（直線） 式中：式中： 換熱系數(shù)換熱系數(shù) T容器內(nèi)混氣瞬時溫度容器內(nèi)混氣瞬時溫度 Q2系統(tǒng)系統(tǒng)的散熱量的散熱量2022QTTSrTS閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 等式右邊等式右邊為為反應(yīng)產(chǎn)生的熱量反應(yīng)產(chǎn)生的熱量(溫度變量的形式溫度變量的形式)： 對于

7、一定的預(yù)混可燃氣體，對于一定的預(yù)混可燃氣體，式中式中q、V、k0、n、E均為均為定值。即定值。即C相當(dāng)于初始濃度：相當(dāng)于初始濃度： （曲線）（曲線）1RTEn0QeCqVkVWqRTEAQexp1閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論TQT02T01T0312B閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論作圖求解作圖求解滿足熱平衡的溫度，并分析滿足熱平衡的溫度，并分析Q2Q1閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論1 點點1之前，之前，Q1Q2 ，系統(tǒng)被，系統(tǒng)被加熱，溫度逐漸升高；加熱，溫度逐漸升高； 點點1處處Q1=Q2，過程穩(wěn)定下來；過程穩(wěn)定下來； 點點1后，后， Q2Q1 ，系統(tǒng)受，系統(tǒng)受到冷卻重新回

8、到到冷卻重新回到1點點 點點1處溫度不高，不能自動處溫度不高，不能自動加速到自然著火。加速到自然著火。例：處于例：處于儲存期的燃料。儲存期的燃料。反應(yīng)放熱量與系統(tǒng)散熱量之間發(fā)生平衡不是熱自反應(yīng)放熱量與系統(tǒng)散熱量之間發(fā)生平衡不是熱自燃著火的燃著火的充分條件充分條件低溫穩(wěn)定點T01QTQ1Q2T1T1閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 2點，點，Q1=Q2， 1-2之間之間Q2Q1，1點過點過渡到渡到2點必須有外界熱量點必須有外界熱量加入加入 當(dāng)過程稍向左，系統(tǒng)被當(dāng)過程稍向左，系統(tǒng)被冷卻到冷卻到1點點 稍向右，系統(tǒng)能著火稍向右，系統(tǒng)能著火12Q2Q1Q2T01T02QT高溫不穩(wěn)定點T2T2T2直

9、線與曲線有直線與曲線有一個交點和兩個交點一個交點和兩個交點均不能發(fā)生自燃均不能發(fā)生自燃閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 B點處點處Q1=Q2; B點左邊，點左邊， Q1Q2 ; B點右邊，點右邊， Q1Q2 ; B點為熱自然著火發(fā)生點為熱自然著火發(fā)生的臨界點，稱為的臨界點，稱為著火著火點點，TB稱為著火溫度稱為著火溫度。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TBQT2B著火臨界條件：著火臨界條件： Q1=Q2；BBTTTTdTdQdTdQ21閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論 初始溫度為初始溫度為 時時， Q1Q2 這種工況下，盡管可這種工況下，盡管可以發(fā)生自燃著火，但以發(fā)生自燃著火，但所對

10、應(yīng)初始條件卻并所對應(yīng)初始條件卻并非自然著火的臨界條非自然著火的臨界條件。件。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TBQTT03Q203T初始溫度的增加有利于自燃著火的發(fā)生初始溫度的增加有利于自燃著火的發(fā)生B閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論QTQ1Q2T01改變散熱條件改變散熱條件Q2Q2 加強系統(tǒng)的散熱，即增大 ，將使原有自然著火條件被破壞。 例如：易燃、易爆物例如：易燃、易爆物品倉庫加強通風(fēng)品倉庫加強通風(fēng)S閉口系統(tǒng)熱自然理論閉口系統(tǒng)熱自然理論QTQ2Q1Q1Q1P 提高系統(tǒng)的壓力，或者濃度，將有利于發(fā)生自然著火； 例如：柴油機氣缸內(nèi)例如：柴油機氣缸內(nèi)預(yù)混可燃氣高壓下自預(yù)混可燃氣高壓下自然著火。然著火。影響臨界著火條件因素：影響臨界著火條件因素：化學(xué)動力學(xué)因素化學(xué)動力學(xué)因素：燃料性質(zhì)、混氣成分、環(huán)境溫度：燃料性質(zhì)、混氣成分、環(huán)境溫度流體力學(xué)因素流體力學(xué)因素：氣流速度、燃燒室結(jié)構(gòu)尺寸：氣流速度、燃燒室結(jié)構(gòu)