燃燒學(xué)講義(含作業(yè))

目錄緒論 11火災(zāi)及其危害 12火災(zāi)防治 23消防燃燒學(xué)的研究對(duì)象和方法 3第1章燃燒化學(xué)基礎(chǔ) 51.1燃燒的本質(zhì)和條件 51.1.1燃燒的本質(zhì) 51.1.2燃燒的條件及其在消防中的應(yīng)用 51.2燃燒空氣量的計(jì)算 71.2.1理論空氣量 71.2.2實(shí)際空氣量和過量空氣系數(shù) 81.2.3燃料空氣比與過量空氣系數(shù) 91.3燃燒產(chǎn)物量的計(jì)算 101.3.1完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算 111.3.2不完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算 131.4燃燒熱的計(jì)算 141.4.1熱容 141.4.2燃燒熱 171.5燃燒溫度的計(jì)算 201.5.1燃燒溫度的分類 201.5.2燃燒溫度的計(jì)算 20第2章燃燒物理基礎(chǔ) 232.1熱傳導(dǎo) 232.2對(duì)流換熱 292.3熱輻射 352.4物質(zhì)的傳遞 42第3章著火和滅火理論 493.1著火分類和著火條件 493.2謝苗諾夫熱自燃理論 503.3弗蘭克－卡門涅茨基熱自燃理論 553.4鏈鎖自燃理論 603.4.1鏈?zhǔn)街鸶拍?603.4.2鏈鎖自燃著火條件（鏈鎖分枝反應(yīng)的發(fā)展條件） 623.4.4著火半島現(xiàn)象 673.5強(qiáng)迫著火 683.5.1強(qiáng)迫著火與自發(fā)著火的比較 683.5.2常用點(diǎn)火方法 693.6滅火分析 743.6.1熱理論中的滅火分析――理想燃燒室的著火、熄火現(xiàn)象的描述 743.6.2鏈鎖反應(yīng)理論中的滅火分析 773.6.3基本滅火措施 78第4章可燃?xì)怏w的燃燒 814.1預(yù)混氣中火焰的傳播理論 814.2層流火焰?zhèn)鞑ニ俣燃捌鋫鞑C(jī)理 844.2.1火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩x 844.2.2火焰焰鋒結(jié)構(gòu) 854.2.3層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取R蘭特簡(jiǎn)化分析 864.2.4影響燃燒速度的因素 874.3可燃?xì)怏w爆炸 924.3.1預(yù)混氣爆炸的溫度計(jì)算 924.3.2可燃混氣爆炸壓力的計(jì)算 924.3.3爆炸時(shí)的升壓速度 934.3.4爆炸威力指數(shù) 944.3.5爆炸總能量 944.3.6爆炸參數(shù)測(cè)定 944.4爆炸極限理論及計(jì)算 964.4.1爆炸極限理論 964.4.2爆炸極限的影響因素 984.4.3爆炸極限的測(cè)定 1014.4.4爆炸極限的經(jīng)驗(yàn)公式 1014.5爆轟 1044.5.1激波的形成 1044.5.2激波的性質(zhì) 1074.5.3爆轟的發(fā)生 1114.5.4爆轟形成條件 1114.5.5爆轟波波速和壓力 1124.6氣體爆炸的預(yù)防 1124.6.1嚴(yán)格控制火源 1134.6.2防止預(yù)混可燃?xì)猱a(chǎn)生 1144.6.3用惰性氣體預(yù)防氣體爆炸 1154.6.4用阻火裝置防止爆炸傳播 1164.7湍流燃燒和擴(kuò)散燃燒 1184.7.1湍流燃燒 1184.7.2擴(kuò)散燃燒 123第5章可燃液體的燃燒 1315.1液體燃料的燃燒特點(diǎn) 1315.2液體蒸發(fā) 1315.2.1液體蒸發(fā)的一般概念 1315.2.2蒸發(fā)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1335.2.3靜蒸發(fā) 1355.2.4動(dòng)蒸發(fā) 1375.3閃燃與爆炸溫度極限 1465.3.1閃燃與閃點(diǎn) 1465.3.2同類液體閃點(diǎn)變化規(guī)律 1465.3.3混合液體閃點(diǎn) 1475.3.4閃點(diǎn)計(jì)算 1485.3.5爆炸溫度極限 1485.4液滴的蒸發(fā)和燃燒 1515.4.1液滴的低溫蒸發(fā) 1515.4.2單液滴燃燒 1525.4.3液滴群的燃燒 1565.5液態(tài)可燃物的火災(zāi)蔓延 1605.5.1油池火 1605.5.2液面火 1615.5.3含油的固面火 1635.5.4液霧中的火蔓延 1675.6油罐火災(zāi)燃燒 1695.6.1液體的穩(wěn)定燃燒 1695.6.2原油和重質(zhì)石油產(chǎn)品燃燒時(shí)的沸溢和噴濺 176第6章可燃固體的燃燒 1816.1固體燃燒概述 1816.1.1固體燃燒的形式 1816.1.2評(píng)定固體火災(zāi)危險(xiǎn)性的參數(shù) 1816.1.3固體著火燃燒理論 1836.2幾類典型固體的燃燒 1856.2.1高聚物的燃燒 1856.2.2木材的燃燒 1886.2.3煤的燃燒 1926.2.4金屬的燃燒 1936.2.5特殊形狀固體可燃物的著火 1956.3固態(tài)可燃物的火災(zāi)蔓延 1996.3.1塑料等可燃性固體 1996.3.2木材等天然可燃性固體的蔓延 2026.3.3灌木及茅草天然可燃性固體 2046.3.4薄片可燃性固體 2076.4固體可燃物的陰燃 2096.4.1陰燃的發(fā)生條件 2096.4.2陰燃的傳播 2096.4.3陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變 2106.5炸藥爆炸 2116.5.1炸藥的爆炸特點(diǎn)及其分類 2116.5.2炸藥的爆炸性能 2116.5.3炸藥的爆炸及其破壞機(jī)理 2146.5.4炸藥的殉爆 2156.5.5炸藥的安全與安全炸藥 2166.6粉塵爆炸 2186.6.1粉塵特性 2186.6.2單個(gè)粉塵粒子的燃燒 2206.6.3粉塵爆炸影響因素 221第7章室內(nèi)火災(zāi) 2257.1室內(nèi)火災(zāi)概述 2257.2室內(nèi)受限燃燒的特點(diǎn) 2277.2.1通風(fēng)因子 2277.2.2室內(nèi)燃燒的控制形式 2287.2.3通風(fēng)對(duì)室內(nèi)燃燒的影響 2287.2.4可燃物性質(zhì)對(duì)室內(nèi)燃燒的影響 2297.3室內(nèi)火災(zāi)的初期增長(zhǎng)階段 2307.3.1轟然的定義和判據(jù) 2307.3.2轟然所需要的條件 2317.3.3火區(qū)由已燃物向鄰近物體的蔓延 2317.4室內(nèi)火災(zāi)的充分發(fā)展階段 2317.4.1火災(zāi)負(fù)荷 2327.4.2火災(zāi)充分發(fā)展階段的溫度 2337.4.3火區(qū)由起火房間向外的蔓延 2357.5火災(zāi)煙氣特征及其危害 2367.5.1煙氣的產(chǎn)生 2367.5.2火災(zāi)煙氣特征 2377.6煙氣的流動(dòng) 2397.6.1煙囪效應(yīng) 2407.6.2氣體熱膨脹作用 2407.6.3風(fēng)的影響 2407.6.4供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的影響 2417.7煙氣的生成速率 241實(shí)驗(yàn)教學(xué) 244實(shí)驗(yàn)1聚合物氧指數(shù)測(cè)定 244實(shí)驗(yàn)2液體閃點(diǎn)和燃點(diǎn)測(cè)定 246實(shí)驗(yàn)3常見固體可燃物點(diǎn)燃溫度的測(cè)定 248復(fù)習(xí)題目 250PAGEPAGE23緒論火被人類掌握和使用以后，在人們的生活和生產(chǎn)過程中，為人類的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。它不僅改善了人類的飲食和取暖條件，而且不斷促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，使人類創(chuàng)造了大量的社會(huì)財(cái)富?？梢哉f，正是由于火的使用，使人明顯區(qū)別于動(dòng)物，它標(biāo)志著人類走向文明的開始。但是，火一旦失去控制，便會(huì)危及生命財(cái)產(chǎn)和自然資源，造成對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)時(shí)其直接經(jīng)濟(jì)損失為國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的0.2%左右，而整個(gè)火災(zāi)代價(jià)約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%左右。如2002年，中國(guó)共發(fā)生火災(zāi)次數(shù)258315次（其中不含煤礦、森林、草原和軍事火災(zāi)），導(dǎo)致其直接經(jīng)濟(jì)損失15.4億元，造成2393人死亡，3414人受傷，比2001年增加火災(zāi)次數(shù)19.2％，經(jīng)濟(jì)損失9.7％。同時(shí)，火災(zāi)還對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成不同程度的破壞。燃燒產(chǎn)生的大量煙霧和CO2、CO、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等有害氣體，不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，而且影響地面光照質(zhì)量和數(shù)量，從而影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和收成；高強(qiáng)度火影響土壤結(jié)構(gòu)，破壞營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)，使土壤微生物減少；森林大火能夠燒死大量植物，使植被難以恢復(fù)，導(dǎo)致林木生命力下降，病蟲害易于發(fā)生，加速了生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。據(jù)國(guó)家林業(yè)局統(tǒng)計(jì)，1992-2001年這10年期間，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)4896起，導(dǎo)致50人死亡，217人受傷，76796公頃森林面積受災(zāi)；平均每天有13.4起森林火災(zāi)發(fā)生，有210.4公頃森林面積受災(zāi)。另外，海面上的油輪火災(zāi)，伴隨原油泄漏，對(duì)海洋環(huán)境和生態(tài)也造成一定的惡劣影響。更為重要的是，火災(zāi)還對(duì)社會(huì)帶來不安定因素。因此，研究火災(zāi)發(fā)生發(fā)展規(guī)律有重要的社會(huì)價(jià)值，人人都應(yīng)該予以重視。1火災(zāi)及其危害現(xiàn)在一般稱火災(zāi)為時(shí)間和空間上失去控制的一種災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象，通常包括森林、建筑、油類等火災(zāi)以及可燃?xì)夂头蹓m爆炸。其發(fā)生的必要條件為可燃物、空氣和火源同時(shí)存在。按火災(zāi)損失嚴(yán)重程度可分為特大火災(zāi)、重大火災(zāi)和一般火災(zāi)三類。其中，特大火災(zāi)是指死亡10人（含10人）、重傷20人以上；死亡、重傷20人以上；受災(zāi)50戶以上；燒毀物質(zhì)損失100萬元以上。重大火災(zāi)是指死亡3人（含3人）、重傷10人以上；死亡、重傷10人以上；受災(zāi)30戶以上；燒毀物質(zhì)損失30萬元以上。而一般火災(zāi)則指不具備重大火災(zāi)的任一指標(biāo)的火災(zāi)。我們知道，火災(zāi)是一種災(zāi)害性現(xiàn)象，其發(fā)生和發(fā)展規(guī)律具有隨機(jī)性和確定性的雙重特點(diǎn)。所謂隨機(jī)性主要是指火災(zāi)在何時(shí)、何處發(fā)生等是不定的，它要受到多種因素的影響，但卻遵循一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。而確定性則是指火災(zāi)的發(fā)生是按其確定的過程發(fā)展，火災(zāi)燃燒、煙氣流動(dòng)等都遵循確定的流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、物質(zhì)守恒等規(guī)律。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)火災(zāi)的抗御能力不斷提高。但伴隨著高層建筑、大型化工企業(yè)、大型商貿(mào)大廈、大型賓館、大型飯店和寫字樓等的涌現(xiàn)；新工藝、新設(shè)備、新興裝飾材料的廣泛使用；用火用電量的增加，火災(zāi)的發(fā)生也相應(yīng)增加。據(jù)調(diào)查，在1993-2002年這10年期間，平均每年有129903次火災(zāi)發(fā)生，導(dǎo)致2525人死亡，4346人受傷，其直接經(jīng)濟(jì)損失為13.4億元，平均下來每天有350次火災(zāi)發(fā)生，7人死亡，12人受傷，567萬元直接經(jīng)濟(jì)損失。僅在2000年一年時(shí)間里，就有10965次火災(zāi)發(fā)生在公共場(chǎng)所，造成642人死亡，669人受傷，其直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.90億元，分別占總數(shù)的21.25％、15.19％和19.02％。下面簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)典型火災(zāi)案例。1998年1月3日，吉林省通化市東珠賓館（與香港合資，6層，高20米，面積4200平方米）發(fā)生火災(zāi)，造成24人死亡（跳樓摔死4人）、14人受傷，燒毀建筑1680平方米及物品一批，直接財(cái)產(chǎn)損失31.6萬元。1999年10月30日，韓國(guó)仁川市一幢4層樓的地下卡拉OK廳發(fā)生火災(zāi)，有57人被燒死，71人被燒傷。2000年12月25日，洛陽(yáng)東都商廈火災(zāi)，造成309人死亡，占全年火災(zāi)死亡人數(shù)的48.1％。2001年5月12日，遼寧凌源市河?xùn)|木材加工廠發(fā)生重大火災(zāi)，燒毀建筑面積達(dá)1170m2，受火住戶達(dá)11戶之多，其直接經(jīng)濟(jì)損失為845455元。2002年6月16日，位于海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)的“藍(lán)極速”網(wǎng)吧發(fā)生火災(zāi)，造成25人死亡，12人受傷。燒毀建筑95平方米，燒毀臺(tái)式電腦71臺(tái)。以上為最近5年幾個(gè)典型火災(zāi)案例介紹。從上可以看出，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)次數(shù)逐年增加，電氣和用火不慎是引起火災(zāi)的最主要原因，特大火災(zāi)造成的損失巨大，僅1995年一年時(shí)間，高層建筑共發(fā)生12起火災(zāi)事故，導(dǎo)致73人死亡、47人受傷、0.75億元經(jīng)濟(jì)損失。下面簡(jiǎn)要分析一下火災(zāi)造成人員傷亡的原因。我們知道，所有火災(zāi)都會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，它是由以下三類物質(zhì)組成的具有較高溫度的均勻混合物，即（1）氣相燃燒產(chǎn)物；（2）未完全燃燒的液固相分解物和冷凝物微小顆粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空氣。從其組成上不難看出，火災(zāi)煙氣中含有眾多的有毒有害成分、腐蝕性成分和顆粒物等，加之火災(zāi)環(huán)境高溫、缺氧，導(dǎo)致火災(zāi)中很多人因煙氣窒息和中毒而死亡。此外，由于高溫?zé)煔獾难杆倭鲃?dòng)和蔓延，有時(shí)甚至其中摻混著一定的未燃可燃?xì)怏w，容易引起火勢(shì)的迅速蔓延和擴(kuò)大，造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失。因此，我們?nèi)祟惐仨氈匾晫?duì)火災(zāi)的防治。2火災(zāi)防治近年來，我國(guó)的火災(zāi)次數(shù)和火災(zāi)損失都呈上升趨勢(shì)，尤其是在1993年和1994年連續(xù)發(fā)生多起特大火災(zāi)，造成幾百人的死亡，不僅在我國(guó)引起很大的振動(dòng)，在世界上也產(chǎn)生了相當(dāng)強(qiáng)的反響。幾年過去了，特大和重大火災(zāi)的發(fā)生率仍然相當(dāng)高，迅速采取有效措施，抑制火災(zāi)上升的勢(shì)頭，已經(jīng)成為黨、政府和全國(guó)人民普遍關(guān)心的問題。2.1建立消防隊(duì)伍和機(jī)構(gòu)在與火災(zāi)長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到有必要建立訓(xùn)練有素的防火、滅火隊(duì)伍和管理機(jī)關(guān)。新中國(guó)成立后，黨和政府十分關(guān)心消防事業(yè)的發(fā)展和消防隊(duì)伍的建設(shè)，建立了新型的公安消防部隊(duì)，經(jīng)過多年的努力，這支隊(duì)伍的知識(shí)化、專業(yè)化、正規(guī)化水平都有了極大的提高，并且以較先進(jìn)的防滅火、運(yùn)輸、通訊、管理等設(shè)備武裝起來，具有很強(qiáng)的戰(zhàn)斗力，已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)安定的重要支柱之一。2.2研制各種防滅火設(shè)備目前各國(guó)都建立了許多專門生產(chǎn)消防器材的廠家，它們不僅品種多樣，而且隨著社會(huì)發(fā)展和實(shí)踐的需要，產(chǎn)品不斷更新，性能不斷提高完善。20世紀(jì)以來，隨著高層建筑、大型商場(chǎng)、寫字樓的增加，逐漸開始使用了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、各種自動(dòng)滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等，還利用了飛機(jī)進(jìn)行滅火和營(yíng)救等等。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，消防安全措施還將進(jìn)一步得到改進(jìn)和發(fā)展。2.3制定相關(guān)防滅火法規(guī)從17世紀(jì)中期開始，人們逐漸對(duì)火有了較深刻的了解，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了各種各樣的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，并隨著對(duì)火認(rèn)識(shí)的加深而不斷修訂完善。我國(guó)于1998年4月29日通過了《中華人民共和國(guó)消防法》，并于1998年9月1日起實(shí)施，這標(biāo)志著我國(guó)消防工作已經(jīng)步入法制化軌道。她由總則、火災(zāi)預(yù)防、消防組織、滅火救援、法律責(zé)任和附則六章組成，共54條。2.4研究火災(zāi)機(jī)理和規(guī)律隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)防治的水平不斷提高，難度不斷增加，工程應(yīng)用也不斷深入，期間，人們逐漸認(rèn)識(shí)到減少火災(zāi)損失不僅需要科學(xué)技術(shù)、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和撲救設(shè)備、防火設(shè)計(jì)的科學(xué)化和合理化，而且還需要防火撲救力量的合理調(diào)配和使用，而這一切都依賴于對(duì)火災(zāi)規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)之上。幸運(yùn)地是，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，尤其是燃燒學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)等地長(zhǎng)期積累與日益完善，從科學(xué)上為火災(zāi)機(jī)理和規(guī)律地研究及其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這就解決了長(zhǎng)期以來人們一直僅把火災(zāi)視為偶然地、孤立地突發(fā)事件的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)問題，使火災(zāi)防治建立在對(duì)火災(zāi)科學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上。2.5調(diào)動(dòng)社會(huì)各界力量投入防滅火人民群眾是歷史的創(chuàng)造者，鑒于火災(zāi)對(duì)社會(huì)的巨大危害，人民群眾非常重視和關(guān)心。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，當(dāng)?shù)厝罕娨e極主動(dòng)向消防機(jī)構(gòu)報(bào)警，并在必要時(shí)自覺投入消防戰(zhàn)斗，以便把火災(zāi)防治在最小階段。同時(shí)，在日常生活和生產(chǎn)中，要時(shí)刻注意安全用火和用電，加強(qiáng)消防安全意識(shí)，消除一切消防安全隱患。3消防燃燒學(xué)的研究對(duì)象和方法消防燃燒學(xué)的研究主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：1、燃燒理論的研究，主要研究燃燒過程所涉及的各種基本現(xiàn)象。如燃燒反應(yīng)機(jī)理，可燃?xì)怏w、液體、固體的著火、熄火、火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律等燃燒機(jī)理；2、燃燒技術(shù)的研究，主要是應(yīng)用燃燒基本理論解決工程技術(shù)中的各種實(shí)際燃燒問題。如對(duì)現(xiàn)有燃燒方法進(jìn)行分析和改進(jìn)、對(duì)新的燃燒方法進(jìn)行探索和實(shí)踐、設(shè)法提高燃料的利用范圍和利用率等。由于燃燒過程的復(fù)雜性，上述兩方面的研究都必須基于實(shí)驗(yàn)研究。在本書的編寫過程中著重體現(xiàn)了第一方面的研究。目前國(guó)際上燃燒科學(xué)的主要研究方向?yàn)槊裼霉I(yè)燃燒設(shè)備的研究，如盡量節(jié)約燃油、盡可能改成燃油，同時(shí)又必須注意對(duì)大氣的污染。其研究方法突出體現(xiàn)了火災(zāi)規(guī)律雙重性的特點(diǎn)即統(tǒng)計(jì)分析、模擬研究和二者的綜合。一方面，用統(tǒng)計(jì)分析法研究火災(zāi)的概率性規(guī)律，通過總結(jié)、整理和分析大量的火災(zāi)原始資料，歸納出火災(zāi)發(fā)生的統(tǒng)計(jì)性和隨機(jī)性規(guī)律，進(jìn)而建立有關(guān)的關(guān)系式、數(shù)據(jù)庫(kù)和簡(jiǎn)化的專家系統(tǒng)，為火災(zāi)科研、公安消防和建筑防火設(shè)計(jì)以及其他有關(guān)人員提供有益的幫助。目前這一分析方法已經(jīng)成為人們分析火災(zāi)形勢(shì)、制定防火滅火措施的重要參考。另一方面，直接探索火災(zāi)的確定性規(guī)律，弄清火災(zāi)的基本現(xiàn)象及其出現(xiàn)的條件、主要控制參數(shù)和火災(zāi)各分過程之間的相互作用等，其手段主要為火災(zāi)模擬和計(jì)算機(jī)模擬。依據(jù)上述兩種方法，便可進(jìn)一步研究有關(guān)火災(zāi)參數(shù)的變化對(duì)火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展比幾率的影響，以及火災(zāi)因素的變化對(duì)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的影響大小等，從而真正全面認(rèn)識(shí)和掌握火災(zāi)的規(guī)律。第三，也是最基本的方法即實(shí)體實(shí)驗(yàn)法，但改種方法需要投入較多的人力物力，較為復(fù)雜，而且周期長(zhǎng)、費(fèi)用大，難以過多進(jìn)行。以上三種方法都是火災(zāi)科學(xué)研究中必不可少的方法，各有其利害之處，三種方法要相互彌補(bǔ)，以求達(dá)到最佳效果。綜上所述，消防燃燒學(xué)在研究對(duì)象與方法、學(xué)術(shù)思想、理論體系、目的和學(xué)科形成背景等各個(gè)方面均有其獨(dú)特的特點(diǎn)，成為一門新興的交叉學(xué)科，需要大量的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的大力配合和貢獻(xiàn)以及研究經(jīng)費(fèi)的加強(qiáng)才能使燃燒學(xué)科得到發(fā)展。我們相信，在不久的將來，消防燃燒學(xué)必然得到前所未有的發(fā)展。學(xué)習(xí)消防燃燒學(xué)既可以使我們掌握各種物質(zhì)燃燒的條件，防止火災(zāi)的發(fā)生，又可以使我們掌握物質(zhì)爆炸規(guī)律，防止爆炸事故的發(fā)生，還可以使我們掌握物質(zhì)的燃燒規(guī)律和滅火條件，制定出有效的滅火方案，盡快將火災(zāi)撲滅，使火災(zāi)損失減少到最低限度。在學(xué)習(xí)這門課時(shí)，要注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并善于從中找出燃燒反應(yīng)的現(xiàn)象和本質(zhì)，以及共性和差異?？梢哉f，消防燃燒學(xué)是一門還很年輕的學(xué)科，有許多方面尚需充實(shí)和發(fā)展。因此，在我們學(xué)習(xí)過程中，要善于思考，提出問題，探究其所以然；要注意分析和歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果和防火、滅火的基本規(guī)律，以期有所發(fā)現(xiàn)，有所創(chuàng)造，有所前進(jìn)，為完善消防燃燒學(xué)作出貢獻(xiàn)。PAGE第1章燃燒化學(xué)基礎(chǔ)1.1燃燒的本質(zhì)和條件1.1.1燃燒的本質(zhì)所謂燃燒，就是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和發(fā)煙的現(xiàn)象。燃燒區(qū)的溫度很高，使其中白熾的固體粒子和某些不穩(wěn)定（或受激發(fā)）的中間物質(zhì)分子內(nèi)電子發(fā)生能級(jí)躍遷，從而發(fā)出各種波長(zhǎng)的光；發(fā)光的氣相燃燒區(qū)就是火焰，它的存在是燃燒過程中最明顯的標(biāo)志；由于燃燒不完全等原因，會(huì)使產(chǎn)物中混有一些微小顆粒，這樣就形成了煙。從本質(zhì)上說，燃燒是一種氧化還原反應(yīng)，但其放熱、發(fā)光、發(fā)煙、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化還原反應(yīng)。如果燃燒反應(yīng)速度極快，則因高溫條件下產(chǎn)生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用，使反應(yīng)能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，在壓力釋放的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與燃燒沒有本質(zhì)差別，而是燃燒的常見表現(xiàn)形式?，F(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)很多燃燒反應(yīng)不是直接進(jìn)行的，而是通過游離基團(tuán)和原子這些中間產(chǎn)物在瞬間進(jìn)行的循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這里，游離基的鏈鎖反應(yīng)是燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，光和熱是燃燒過程中的物理現(xiàn)象。1.1.2燃燒的條件及其在消防中的應(yīng)用1.1.2.1燃燒的條件燃燒現(xiàn)象十分普遍，但其發(fā)生必須具備一定的條件。作為一種特殊的氧化還原反應(yīng)，燃燒反應(yīng)必須有氧化劑和還原劑參加，此外還要有引發(fā)燃燒的能源。1．可燃物（還原劑）不論是氣體、液體還是固體，也不論是金屬還是非金屬、無機(jī)物還是有機(jī)物，凡是能與空氣中的氧或其它氧化劑起燃燒反應(yīng)的物質(zhì)，均稱為可燃物，如氫氣、乙炔、酒精、汽油、木材、紙張等。2．助燃物（氧化劑）凡是與可燃物結(jié)合能導(dǎo)致和支持燃燒的物質(zhì)，都叫做助燃物，如空氣、氧氣、氯氣、氯酸鉀、過氧化鈉等?？諝馐亲畛Ｒ姷闹嘉?，以后如無特別說明，可燃物的燃燒都是指在空氣中進(jìn)行的。3．點(diǎn)火源凡是能引起物質(zhì)燃燒的點(diǎn)燃能源，統(tǒng)稱為點(diǎn)火源，如明火、高溫表面、摩擦與沖擊、自然發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)熱、電火花、光熱射線等。上述三個(gè)條件通常被稱為燃燒三要素。但是即使具備了三要素并且相互結(jié)合、相互作用，燃燒也不一定發(fā)生。要發(fā)生燃燒還必須滿足其它條件，如可燃物和助燃物有一定的數(shù)量和濃度，點(diǎn)火源有一定的溫度和足夠的熱量等。燃燒能發(fā)生時(shí)，三要素可表示為封閉的三角形，通常稱為著火三角形，如圖1-1（a）所示。經(jīng)典的著火三角形一般足以說明燃燒得以發(fā)生和持續(xù)進(jìn)行的原理。但是，根據(jù)燃燒的鏈鎖反應(yīng)理論，很多燃燒的發(fā)生都有持續(xù)的游離基（自由基）作“中間體”，因此，著火三角形應(yīng)擴(kuò)大到包括一個(gè)說明游離基參加燃燒反應(yīng)的附加維，從而形成一個(gè)著火四面體，如圖1-1（b）所示。可燃物可燃物燃燒助燃物點(diǎn)火源可燃物游離基助燃物燃燒點(diǎn)火源（a）著火三角形（b）著火四面體圖1-1著火三角形和著火四面體1.1.2.2燃燒條件在消防中的應(yīng)用掌握發(fā)生燃燒的條件，就可以了解預(yù)防和控制火災(zāi)的基本原理。所謂火災(zāi)，是指在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。根據(jù)著火三角形，可以提出以下防火方法：1．控制可燃物在可能的情況下，用難燃或不燃材料代替易燃材料；對(duì)工廠易產(chǎn)生可燃?xì)怏w的地方，可采取通風(fēng)；在森林中采用防火隔離林等。2．隔絕空氣涉及易燃易爆物質(zhì)的生產(chǎn)過程，應(yīng)在密閉設(shè)備中進(jìn)行；對(duì)有異常危險(xiǎn)的，要充入惰性介質(zhì)保護(hù)；隔絕空氣儲(chǔ)存某些物質(zhì)等。3．消除點(diǎn)火源在易產(chǎn)生可燃性氣體場(chǎng)所，應(yīng)采用防爆電器；同時(shí)禁止一切火種等。根據(jù)著火三角形，可以提出以下滅火方法：1．隔離法將尚未燃燒的可燃物移走，使其與正在燃燒的可燃物分開；斷絕可燃物來源等，燃燒區(qū)得不到足夠的可燃物就會(huì)熄滅。2．窒息法用不燃或難燃物捂住燃燒物質(zhì)表面；用水蒸氣或惰性氣體灌注著火的容器；密閉起火的建筑物的空洞等，使燃燒區(qū)得不到足夠的氧氣而熄滅。3．冷卻法用水等降低燃燒區(qū)的溫度，當(dāng)其低于可燃物的燃點(diǎn)時(shí)，燃燒就會(huì)停止。著火四面體為另一種滅火方法——抑制法提供了理論依據(jù)，這種方法的原理是：使滅火劑參與到燃燒反應(yīng)中去，它可以銷毀燃燒過程中產(chǎn)生的游離基，形成穩(wěn)定分子或低活性游離基，從而使燃燒反應(yīng)終止。根據(jù)燃燒的條件，防火和滅火最根本的原理是防止燃燒條件的形成和破壞已形成的燃燒條件。1.2燃燒空氣量的計(jì)算我們知道，空氣中含有近21％（23.2％重量）的氧氣，一般可燃物在其中遇點(diǎn)火源就能燃燒?？諝饬炕蛘哐鯕饬坎蛔銜r(shí)，可燃物就不能燃燒或者正在進(jìn)行的燃燒將會(huì)逐漸熄滅?？諝庑枰孔鳛槿紵磻?yīng)的基本參數(shù)，表示一定量可燃物燃燒所需要的空氣質(zhì)量或者體積。其計(jì)算是在可燃物完全燃燒的條件下進(jìn)行的。1.2.1理論空氣量理論空氣量是指單位量的燃料完全燃燒所需要的最少的空氣量，通常也稱為理論空氣需要量。此時(shí)，燃料中的可燃物與空氣中的氧完全反應(yīng)，得到完全氧化的產(chǎn)物。1.2.1.1固體和液體可燃物的理論空氣需要量一般情況下，對(duì)于固體和液體可燃物，習(xí)慣上用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為：（1-1）式中，C、H、O、N、S、A和W分別表示可燃物中碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其中，C、H和S是可燃成分；N、A和W是不可燃成分；O是助燃成分。計(jì)算理論空氣量，應(yīng)該首先計(jì)算燃料中可燃元素（碳、氫、硫等）完全燃燒所需要的氧氣量。因此，要依據(jù)這些元素完全燃燒的計(jì)量方程式，例如完全燃燒的總體方程如下：（1-2）假定計(jì)算中涉及的氣體是理想氣體，即1000mol氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.4m3（m3/kg）（1-3）因此，每1kg可燃物完全燃燒時(shí)所需空氣量的體積為（m3/kg）（1-4）例1-1：求5kg木材完全燃燒所需要的理論空氣量。已知木材的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分為：C－43％，H－7％，O－41％，N－2％，W－6％，A－1％。解：依據(jù)上述有關(guān)公式，燃燒1kg此木材所需理論氧氣體積為（m3）因此，燃燒5kg此木材所需理論空氣體積為＝＝21.67（m3）1.2.1.2氣體可燃物的理論空氣量對(duì)于氣體可燃物，習(xí)慣上用體積百分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為（1-5）式中CO、H2、CnHm、H2S、CO2、O2、N2、H2O分別表示氣態(tài)可燃物中各相應(yīng)成分的體積百分?jǐn)?shù)。CnHm表示碳?xì)浠衔锏耐ㄊ?，它可能是CH4、C2H2等可燃?xì)怏w。根據(jù)可燃物完全燃燒的反應(yīng)方程式，如下從以上反應(yīng)方程式可以得出：完全燃燒1mol的CO需要1/2mol的O2，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，則燃燒1m3CO需要1/2m3O2。同理，完全燃燒1m3H2、H2S、CnHm分別需要1/2m3、3/2m3、（n+m/4）m3的O2，因此，每（m3/m3）（1-6）每1m3（m3/m3）例如1-2：求1m3焦?fàn)t煤氣燃燒所需要的理論空氣量。已知焦?fàn)t煤氣的體積百分?jǐn)?shù)組成為：CO－6.8％，H2－57％，CH4－22.5％，C2H4－3.7％，CO2－2.3％，N2－4.7％，H2解：由碳?xì)浠衔锿ㄊ降靡虼?，完全燃?m31.2.2實(shí)際空氣量和過量空氣系數(shù)在實(shí)際燃燒過程中，供應(yīng)的空氣量往往不等于燃燒所需要的理論空氣量。實(shí)際供給的空氣量稱為實(shí)際空氣需要量或者實(shí)際空氣量。實(shí)際空氣量L與理論空氣量L0之比稱為過量空氣系數(shù)，通常用α表示：（1-7）因此，實(shí)際空氣需要量與理論空氣需要量的關(guān)系為：（1-8）α值一般在1－2之間，各態(tài)物質(zhì)完全燃燒時(shí)的α經(jīng)驗(yàn)值為：氣態(tài)可燃物α＝1.02-1.2；液態(tài)可燃物α＝1.1－1.3；固態(tài)可燃物α＝1.3－1.7。常見可燃物燃燒所需空氣量見下表1-1。當(dāng)α＝1時(shí)，表示實(shí)際供給的空氣量等于理論空氣量。從理論上講，此時(shí)燃料中的可燃物質(zhì)可以全部氧化，燃料與氧化劑的配比符合化學(xué)反應(yīng)方程式的當(dāng)量關(guān)系。此時(shí)的燃料與空氣量之比稱為化學(xué)當(dāng)量比。當(dāng)α<1時(shí)，表示實(shí)際供給的空氣量少于理論空氣量。這種燃燒過程不可能是完全的，燃燒產(chǎn)物中尚剩余可燃物質(zhì)，而氧氣卻消耗完畢，這樣勢(shì)必造成燃料浪費(fèi)。但是，在某些情況下，如點(diǎn)火時(shí)，為使點(diǎn)燃成功，往往多供應(yīng)燃料，一般情況下應(yīng)當(dāng)避免α<1的情況。當(dāng)α>1時(shí)，表示實(shí)際供應(yīng)的空氣量多于理論空氣量。在實(shí)際的燃燒裝置中，絕大多數(shù)情況下均采用這種供氣方式，因?yàn)檫@樣既可以節(jié)省燃料，也具有其它的有益作用。綜上，過量空氣系數(shù)α是表明在由液體或者氣體燃料與空氣組成的可燃混合氣中，燃料和空氣比的參數(shù)，其數(shù)值對(duì)于燃燒過程有著很大影響，α過大或者過小都不利于燃燒的進(jìn)行。表1-1常見可燃物燃燒所需空氣量物質(zhì)名稱空氣需要量物質(zhì)名稱空氣需要量m3/m3kg/m3m3/kgkg/kg乙炔11.915.4丙酮7.359.45氫2.383.00苯10.2513.20一氧化碳2.383.00甲苯10.3013.30甲烷9.5221.30石油10.8014.00丙烷23.830.60汽油11.1014.35丁烷30.9440.00煤油11.5014.87水煤氣2.202.84木材4.605.84焦?fàn)t氣3.684.76干泥煤5.807.50乙烯14.2818.46硫3.334.30丙稀21.4227.70磷4.305.56丁烯28.5636.93鉀0.700.90硫化氫7.149.23萘10.0012.931.2.3燃料空氣比與過量空氣系數(shù)在實(shí)際燃燒過程中，表示燃料與空氣在可燃混合氣中組成比例的參數(shù)，除了α外，還有燃料空氣比f和過量燃料系數(shù)β1.2.3.1燃料空氣比f燃料空氣比是在燃燒過程中實(shí)際供給的燃料量與空氣量之比，即：（1-9）它表明每千克空氣中實(shí)際含有的燃料千克數(shù)。這一參數(shù)常用于由液體燃料形成的可燃混合氣，習(xí)慣稱為“油氣比”。根據(jù)燃料空氣比的定義，可得到它與過量空氣系數(shù)α的的關(guān)系為（1-10）對(duì)于一定燃料來說，L0是確定的值，因而f和α成反比。當(dāng)α＝1時(shí)，油氣比f＝1/L0。對(duì)于一般烴類液體燃料，如汽油、柴油、重油和煤油等的理論空氣量L0約在13－14kg。所以，當(dāng)α＝1時(shí)其相應(yīng)的油氣比。1.2.3.2過量燃料系數(shù)β此定義指實(shí)際燃料供給量與理論燃料供給量之比。而理論燃料量指為使1kg空氣能夠完全燃燒所消耗的最大燃料量，它是理論空氣量的倒數(shù)，即：（1-11）可以看出，實(shí)際空氣量的倒數(shù)1/aL0就是實(shí)際燃料量，即燃燒消耗1kg空氣時(shí)實(shí)際供給的燃料量。因此，過量燃料系數(shù)β為（1-12）顯然，過量燃料系數(shù)β與過量空氣系數(shù)α互成倒數(shù)。某些燃?xì)鉄崃π再|(zhì)數(shù)據(jù)是以過量燃料系數(shù)β作變量列出的。1.3燃燒產(chǎn)物量的計(jì)算由于燃燒而生成的氣體、液體和固體物質(zhì)，稱為燃燒產(chǎn)物。它是燃燒反應(yīng)的新生成物質(zhì)，其危害作用很大，比如缺氧、窒息作用，毒性、刺激性及腐蝕性作用以及高溫氣體的熱損傷作用；它包括完全燃燒產(chǎn)物和不完全燃燒產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物不光是氣體，還包括氣體所攜帶的灰粒和未燃盡的固體顆粒（當(dāng)使用固體燃料時(shí)），但后兩者在煙氣中所占的體積百分?jǐn)?shù)很小，因而在通常的工程燃燒計(jì)算中忽略不計(jì)，僅僅在用灰分含量很高的燃料并計(jì)算煙氣熱焓時(shí)才予以考慮。因此，所說的燃燒產(chǎn)物主要是指燃料燃燒生成的氣相產(chǎn)物——煙氣，它的成分主要取決于可燃物的組成和燃燒條件。大部分可燃物屬于有機(jī)化合物，它們主要由碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素組成。在空氣充足時(shí)，燃燒產(chǎn)物主要是完全燃燒產(chǎn)物，不完全燃燒產(chǎn)物量很少；如果空氣不足或者溫度較低，不完全燃燒產(chǎn)物量相對(duì)增多?？梢钥闯?，燃燒產(chǎn)物的組成和生成量不僅與燃燒的完全程度有關(guān)，而且與過量空氣系數(shù)α有關(guān)。下面分別就完全燃燒和不完全燃燒兩種情況進(jìn)行討論。1.3.1完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算當(dāng)燃料完全燃燒時(shí)，煙氣的組成及其體積可由反應(yīng)方程式并根據(jù)燃料的元素組成或者成分組成求得。計(jì)算中涉及的產(chǎn)物主要有CO2、H2O、SO2和N2，煙氣生成量也是按單位量燃料來計(jì)算的。若燃燒完全，由上式物質(zhì)組成的煙氣體積為：（m3/kg）（1-13）當(dāng)α＝1時(shí)，煙氣中不再有O2存在，這種煙氣量稱為理論煙氣量，用V0，yq表示，因此（m3/kg）（1-14）式中，和分別表示供應(yīng)理論空氣量（干空氣）時(shí)，在完全燃燒后所得煙氣中的理論氮?dú)夂屠碚撍魵怏w積。1.3.1.1固體和液體燃料的燃燒煙氣量的計(jì)算二氧化碳和二氧化硫的體積計(jì)算已知可燃物的成分為，按照完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)式，碳燃燒時(shí)的數(shù)量關(guān)系為由上式可知，1kg碳完全燃燒時(shí)能生成11/3kg的CO2，表示為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為，所以1kg可燃物完全燃燒時(shí)生成CO2的體積為（m3/kg）同理，1kg可燃物完全燃燒時(shí)生成SO2的體積為（m3/kg）理論氮?dú)獾捏w積理論氮?dú)獍ㄈ剂虾械牡M分所生成的氮?dú)夂陀芍伎諝馑氲牡獨(dú)鈨刹糠郑矗╩3/kg）式中的0.79是氮?dú)庠诟煽諝庵兴嫉捏w積分?jǐn)?shù)。理論水蒸氣的體積這一部分由以下兩部分組成：（1）燃料中的氫完全燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣：（2）燃料中含有的水分汽化后所產(chǎn)生的水蒸氣：將上面兩部分相加得，煙氣中的理論水蒸氣量為（m3/kg）至此，得到理論煙氣量為：+V0，H2O＝+++（）（m3/kg）一般情況下，燃料燃燒后所生成的煙氣包括水蒸氣，這種煙氣稱為“濕煙氣”。把水分扣除后的煙氣稱為“干煙氣”。于是理論煙氣體積又可寫成：當(dāng)α>1時(shí)，燃燒過程中實(shí)際供應(yīng)的空氣量多于理論空氣量，此時(shí)燃料的燃燒是完全的。所產(chǎn)生的煙氣量除了理論煙氣量之外，還要增加一部分過量的空氣量以及隨過量空氣量帶入的水蒸氣量，即：（1-15）同樣，在實(shí)際煙氣中也可以把水蒸氣體積忽略，所得到的煙氣量稱為實(shí)際干煙氣量，即：（1-16）式中，是煙氣中的實(shí)際氮?dú)怏w積，等于是煙氣中的自由氧的體積，等于于是，當(dāng)α>1時(shí)，實(shí)際干煙氣量為：（1-17）或者（1-18）這就是說實(shí)際干煙氣量等于理論干煙氣量與多余空氣量之和。1.3.1.2氣體燃料燃燒煙氣量的計(jì)算已知可燃物的成分為式（1-19）根據(jù)完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式，每m3可燃物燃燒生成的CO2、SO2、H2O和N2的體積分別為：（m3/m3）（m3/m3）（m3/m3）（m3/m3）因此，燃燒產(chǎn)物的總體積為=×10-2當(dāng)α>1時(shí)，則與固體和液體燃料的計(jì)算一樣，除了理論空氣量之外，還要加上過量空氣量及由這部分空氣帶入的水蒸氣量，其計(jì)算公式同上。另外，氣體燃料燃燒后的理論干煙氣量和實(shí)際干煙氣量的計(jì)算方法也與固體和液體燃料相同，計(jì)算公式同上。1.3.2不完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算當(dāng)空氣供應(yīng)量不能滿足燃料中可燃物質(zhì)完全消耗的需要時(shí)，必有一部分可燃物質(zhì)要轉(zhuǎn)移到燃燒產(chǎn)物中去。實(shí)際上，當(dāng)α≥1時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)由于燃料與空氣混合不好等因素造成的不完全燃燒狀態(tài)。因此，發(fā)生不完全燃燒后，燃燒產(chǎn)物中仍然會(huì)有可燃物和一些氧氣。不完全燃燒煙氣中的可燃物質(zhì)主要有CO、H2和CH4，每摩爾這幾種可燃物質(zhì)在空氣中燃燒的反應(yīng)方程式為：通過以上反應(yīng)式可以看出，在α≥1時(shí)，不完全燃燒煙氣量比完全燃燒煙氣量的體積增加了，即（1-20）式中，表示不完全燃燒煙氣量；表示完全燃燒煙氣量。因此，在有過量空氣存在的情況下，若發(fā)生不完全燃燒，煙氣的體積將比完全燃燒情況下大，不完全燃燒程度越嚴(yán)重，煙氣體積增加就越大。在α<1時(shí)，不完全燃燒主要有兩種情形:（1）燃料與空氣的混合均勻，且O2全部消耗掉，煙氣中含有CO、H2和CH4等成分。由以上反應(yīng)方程式可知，每m3此燃料煙氣生成量體積減少即（1-22）因此，當(dāng)α<1且空氣中的氧氣全部消耗的情況下，煙氣生成量有所減少，不完全燃燒程度越嚴(yán)重，煙氣量減少越厲害。（2）氧氣供應(yīng)不足，且存在由于燃料與空氣混合不好而造成的不完全燃燒，即煙氣中還存在自由氧。設(shè)這部分氧氣的體積為，折合空氣量為。當(dāng)自由氧不為零時(shí)，生成的煙氣量為[－]（1-24）因此，實(shí)際煙氣生成量變化要看與之差。若為正值，則>，否則<。但在大多數(shù)情況下，剩余氧氣量很少，因此，不完全燃燒時(shí)的煙氣量有所減少。1.4燃燒熱的計(jì)算1.4.1熱容熱容是指在沒有相變化和化學(xué)變化的條件下，一定量的物質(zhì)溫度每升高一度所需要的熱量。如果該物質(zhì)的量為單位摩爾，則此時(shí)的熱容稱為摩爾熱容，簡(jiǎn)稱熱容，單位為J·K-1·mol-1。如果該物質(zhì)的量為1克，則此時(shí)的熱容稱為比熱，單位為J·K-1·g-1。1.4.1.1恒壓熱容、恒容熱容由于熱是途徑變量，與途徑有關(guān)，同量的物質(zhì)在恒壓過程和恒容過程中升高一度溫度所需要的熱量是不相同的，因此，恒壓熱容和恒容熱容是不同的。這里僅僅重點(diǎn)介紹恒壓熱容。恒壓熱容在恒壓條件下，一定量的物質(zhì)溫度升高一度所需的熱量稱為恒壓熱容，用Cp表示。假定nmol物質(zhì)在恒壓下由T1絕對(duì)溫度升高到T2絕對(duì)溫度所需要的熱量為Qp，則（1-25）物質(zhì)在不同溫度下每升高一度所需要的熱量是不同的。因此，熱容是溫度的函數(shù)，具體函數(shù)形式如下：式中，a、b、c、c′都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的特性常數(shù)。其中，用的最為普遍的形式是最后一個(gè)，下表1-2給出了a、b和c′的值。恒容熱容在恒容條件下，一定量的物質(zhì)溫度升高一度所需的熱量稱為恒容熱容，用Cv表示。在恒壓條件下，物質(zhì)升溫時(shí)，體積要膨脹，結(jié)果使物質(zhì)對(duì)環(huán)境做功，內(nèi)能也相應(yīng)的多增加一些。因此，一定量的物質(zhì)在同樣溫度下，升高一度溫度時(shí)，恒壓過程比恒容過程需要多吸收熱量，即Cp大于Cv。對(duì)理想氣體：Cp－Cv＝R；對(duì)固體和液體，因?yàn)樯郎貢r(shí)體積膨脹不大，所以Cp＝Cv。氣體的恒壓熱容與恒容熱容之比稱為熱容比，用K表示，即，不同物質(zhì)的熱容比K值是不同，空氣的熱容比為1.4。1.4.1.2平均熱容平均恒壓熱容在恒壓條件下，一定量的物質(zhì)從溫度T1升高到T2時(shí)平均每升高一度溫度所需的熱量稱為恒壓平均熱容，用表示。各種氣體的平均恒壓熱容見下表1-4，單位kJ·Nm-3·K-1，Nm3表示標(biāo)準(zhǔn)m3。表1-2某些氣體的恒壓熱容與溫度的關(guān)系氣體名稱ab×103c′×106溫度范圍K氧氣28.176.297-0.7494273-3800氮?dú)?7.326.226-0.9502273.-3800水蒸氣29.1614.49-2.022273-3800二氧化硫25.7657.91-38.09273-1800一氧化碳26.5377.683-1.172300-1500二氧化碳26.7542.258-14.25300-1500氫氣26.884.347-0.3265273-3800氦氣27.5525.627-9.9006273-1500甲烷14.1575.496-17.99298-1500用熱容與溫度間的具體函數(shù)關(guān)系計(jì)算恒壓熱Qp雖然比較精確，但是計(jì)算過程比較復(fù)雜。實(shí)際計(jì)算中常采用平均恒壓熱容。其與平均熱容的關(guān)系為因此，（1-26）恒容平均熱容在恒容條件下，一定量的物質(zhì)從t1升高到t2時(shí)平均每升高一度溫度所需要的熱量，稱為恒容平均熱容，用表示，單位為kJ·kmol-1·℃。下表1-3為某些氣體從0℃上升到t℃時(shí)平均熱容的計(jì)算式。表1-3某些氣體從0℃上升到t℃時(shí)平均熱容的計(jì)算式氣體名稱Cv（kJ/kmol.℃）單原子氣體20.84雙原子氣體20.08+0.00188tCO2、SO237.66+0.00243tH2O、H2S16.74+0.009t四原子氣體41.84+0.00188t五原子氣體50.21+0.00188t表1-4各種氣體的平均恒壓熱容（溫度由273K－TK之間值）溫度T（K）2731.59981.29461.30591.49431.29713731.70031.29581.31761.50521.30044731.78731.29961.33521.52231.30715731.86271.30671.35611.54241.31726731.92971.31631.37751.56541.32897731.98871.32761.39801.58971.34278732.04111.34021.41681.61531.35659732.08841.35361.43441.69121.370811732.16921.37961.46451.69571.397612732.20351.39171.47751.72291.409713732.23491.40341.48921.75011.421414732.26381.41431.50051.77691.432715732.28981.42521.51061.80281.443216732.31361.43481.52021.82801.452810732.13111.36701.44991.66801.384217732.33541.4441.52941.85271.462018732.35551.45281.53781.87611.470820732.39151.46871.55411.92131.486721732.40741.47581.56171.94231.493922732.42211.48251.56921.96281.50101.4.2燃燒熱1.4.2.1燃燒熱在化學(xué)反應(yīng)過程中，系統(tǒng)在反應(yīng)前后的化學(xué)組成發(fā)生變化，同時(shí)伴隨著系統(tǒng)內(nèi)能量分配的變化，后者表現(xiàn)反應(yīng)后生成物所含能量總和與反應(yīng)物所含能量總和間的差異。此能量差值以熱的形式向環(huán)境散發(fā)或者從環(huán)境吸收，這就是反應(yīng)熱。它與反應(yīng)時(shí)的條件有關(guān)，在定溫定壓過程中，反應(yīng)熱等于系統(tǒng)焓的變化。化學(xué)反應(yīng)中由穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)生成某化合物時(shí)的反應(yīng)熱，稱為該化合物的生成熱。在0.1013MPa和指定溫度下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)的恒壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱，用表示。燃燒反應(yīng)是可燃物和助燃物作用生成穩(wěn)定產(chǎn)物的一種化學(xué)反應(yīng)，此反應(yīng)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。最常見的助燃物是氧氣，在0.1013MPa和指定溫度下，1mol某物質(zhì)完全燃燒時(shí)的恒壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，用表示，表1-5、1-6給出了某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱和標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。表1-5物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱（0.1013MPa、25℃）名稱分子式狀態(tài)生成熱（kJ/mol）名稱分子式狀態(tài)生成熱（kJ/mol）一氧化碳CO氣-110.54丙烷C3H8氣-103.85二氧化碳CO2氣-393.51正丁烷C4H10氣-124.73甲烷CH4氣-74.85異丁烷C4H10氣-131.59乙炔C2H2氣226.9正戊烷C5H12氣-146.44乙烯C2H4氣52.55正己烷C6H12氣-167.19苯C6H6氣82.93正庚烷C7H16氣-187.82苯C6H6液48.04丙烯C3H6氣20.42辛烷C8H18氣-208.45甲醛CH2O氣-113.8正辛烷C8H8液-249.95乙醛C2H4O氣-166.36正辛烷C8H8氣-208.45甲醇CH3OH液-238.57氧化鈣CaO晶體-635.13乙醇C2H6O液-277.65碳酸鈣CaCO3晶體-1211.27甲酸CH2O2液-409.20氧O2氣0乙酸C2H4O2液-487.02氮N2氣0乙烷C2H6氣-84.68碳（石墨）C晶體0水H2O液-285.85碳（鉆石）C晶體1.88水H2O氣-241.84表1-6某些燃料的燃燒熱（0.1013MPa、25℃，產(chǎn)物N2、H2O（l）和CO2）名稱分子式狀態(tài)燃燒熱（kJ/mol）名稱分子式狀態(tài)燃燒熱（kJ/mol）碳（石墨）C固-392.88苯C6H6液-3273.14氫H2氣-285.77環(huán)庚烷C7H14液-4549.26一氧化碳CO氣-282.84環(huán)戊烷C5H10液-3278.59甲烷CH4氣-881.99乙酸C2H4O2液-876.13乙烷C2H6氣-1541.39苯酸C7H6O2固-3226.70丙烷C3H8氣-2201.61乙基醋酸鹽C4H8O2液-2246.39丁烷C4H10液-2870.64萘C10H8固-5155.94戊烷C5H12液-3486.95蔗糖C12H22O11固-5646.73庚烷C7H16液-4811.18茨酮C10H16O固-5903.62辛烷C8H18液-5450.50甲苯C7H8液-3908.69十二烷C12H26液-8132.43一甲苯C8H9液-4567.67十六烷C16H34固-1070.69氨基甲酸乙酯C5H7NO2固-1661.88乙烯C2H4氣-1411.26苯乙酸C8H8液-4381.09乙醇C2H5OH液-1370.94甲醇CH3OH液-712.951.4.2.2燃燒熱的計(jì)算在整個(gè)