燃烧学—第3章2

第三章 着火和灭火理论一、谢苗诺夫自燃理论 1. 基本思想：某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反应,反应产生的热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散热时，体系的温度升高,化学反应速度加快，产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至着火燃烧。

2.着火的临界条件：放、散热曲线相切于C 点。

3.∆T=ER 20B T T T ≈-① 改变散热条件 ②增加放热二、区别弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论与谢苗诺夫热自燃理论的异同点1.谢苗诺夫热自燃理论适用范围：适用于气体混合物，可以认为体系内部温度均一;对于比渥数 Bi 较小的堆积固体物质,也可认为物体内部温度大致相等； 不适用于比渥数Bi 大的固体.2。

弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论：适用于比渥数Bi 大的固体（物质内部温度分布的不均匀性 ）； 以体系最终是否能得到稳态温度分布作为自燃着火的判断准则 ；Tq αT自燃临界准则参数 δcr 取决于体系的几何形状。

三、链锁自然理论 1。

反应速率与时间的关系 2.运用链锁自燃理论解释着火半岛现象 在第一、二极限之间的爆炸区内有一点P(1)保持系统温度不变而降低压力，P 点则向下垂直移动自由基器壁消毁速度加快，当压力下降到某一数值后，f < g, φ < 0 -—-------———-—--—--——-第一极限（2）保持系统温度不变而升高压力,P 点则向上垂直移动自由基气相消毁速度加快,当压力身高到某一数值后，f 〈 g ， φ 〈 0 —-——-——-——————-—-—-———第二极限（3）压力再增高，又会发生新的链锁反应导致自由基增长速度增大,于是又能发生爆炸。

---3.基于f （链传递过程中链分支引起的自由基增长速率）和g （链终止过程中自由基的消毁w0w123M HO M O H +→++⋅22⋅⋅+→+OH O H H HO 222速率 ）分析链锁自燃着火条件a.在低温时, f 较小（受温度影响较大）,相比而言，g 显得较大,故：这表明，在 的情况下，自由基数目不能积累，反应速率不会自动加速，反应速率随着时间的增加只能趋势某一微小的定值,因此,f<g系统不会着火。

第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧？2、浓度和化学反应速度正确的表达方法？化学反应速度如何计量？3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应？4、质量作用定律的适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。

5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？7、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系。

8、惰性组分如何影响化学反应速率？9、Arrhenius定律的内容是什么？适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律？10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热（吸热）之间的关系。

12、什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。

14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合编程技术，绘制氢原子浓度随时间变化的图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。

并讨论：分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？15、烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？如何防止烃类燃烧析碳？16、图解催化剂对化学反应的作用。

17、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·查德里反抗规则的内容是什么？18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量？19、试用本章的知识解释，从燃烧学的角度来看，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？20、过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？21、燃烧过程中，有几种NOx的生成机理？第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1．为什么说混合与传质对燃烧过程很重要？2．什么是传质？传质的两种基本形式是什么？3．什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）4．湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？5．试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数，以及和周围气体进行传质的Nu zl数。

《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。

- 古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。

2. 中世纪时期- 炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。

- 罗杰·培根（Roger Bacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。

3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。

- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。

4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）和卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）分别独立发现了氧气。

- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。

5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。

- 化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。

6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。

- 计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。

- 环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。

二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。

- 炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。

- 热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。

2. 发动机- 内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。

- 燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。

3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。

- 城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。

免责声明本书是由杜文峰组织编写的《消防工程学》，以下电子版内容仅作为学习交流，严禁用于商业途径。

本人为西安科技大学消防工程专业学生，本专业消防燃烧学科目所选教材为这版的书籍，无奈本书早已绝版，我们从老师手上拿的扫描版的公式已基本看不清楚，严重影响我们专业课的学习。

并且此书为消防工程研究生的专业课指定教材，因此本人花费一个月时间将此书整理修改为电子版，希望可以帮助所有消防工程的同学。

由于本人能力有限，书上的图表均使用的是截图的，可能不是很清楚，还有难免会有错误，望广大读者海涵。

西安科技大学消防工程专业2009级赵盼飞 2012、5、28第三章着火与灭火基本理论第一节着火分类和着火条件一、着火分类可燃物的着火方式，一般分为下列几类：1. 化学自燃：例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤因堆积过高而自燃等。

这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常湿下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。

2. 热自燃：如果将可燃物和氧化剂的混合物预先均匀地加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时便会自动着火(这时着火发生在混合物的整个容积中)，这种着火方式习惯上称为热自燃。

3. 点燃(或称强迫着火)：是指由于从外部能源，诸如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混气的局部范围受到强烈的加热而着火。

这时火焰就会在靠近点火源处被引发，然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中，这种着火方式习惯上称为引燃。

大部分火灾都是因引燃所致。

必须指出，上述三种着火分类方式，并不能十分恰当地反应出它们之间的联系和差别。

例如化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体加热和局部加热的不同而已，决不是“自动”和“受迫”的差别。

另外有时着火也称爆炸，热自燃也称热爆炸。

这是因为此时着火的特点与爆炸相类似，其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速。

因此，在燃烧学中所谓“着火”、“自燃”、“爆炸”其实质是相同的，只是在不同场合下叫法不同而已。

燃烧学导论以下为各章需要掌握的内容，请对照讲义和课本做好复习工作。

第1章 引言z 世界总能源的80％来自于燃烧矿物燃料，绝大部分大气污染物和CO 2也源自于燃烧。

z 燃烧研究的目标：开发替代燃料；研制高性能燃烧器。

第2章 化学反应热力学z 摩尔百分数、质量百分数、及两者间的相互转换z 化学反应当量比，分压法配制预混气体z 化学平衡条件，化学反应平衡常数，Le Chatelier 原理z 绝热燃烧温度的计算第3章 化学反应动力学z 质量作用定律z Arrhenius 定律z 化学反应活化能与反应放热量z 碰撞理论z 准稳态近似(QSSA)，部分平衡(PE)z Lindermann 理论z 链分支反应z H 2-O 2系统：反S 型曲线，I ，II ，III 三个爆炸极限第4章 控制方程z 输运现象：扩散系数定性推导；Lewis 数；分子扩散速度，Fick 定律z 连续方程，动量方程，组分方程，能量方程z 等压假设z 守恒标量方程，耦合函数z 一维问题的简化方程第5章 层流预混火焰z 缓燃波(deflagration) vs. 爆震波(detonation)，一维分析, 瑞利(Rayleigh)关系, 兰金-雨贡纽(Rankine-Hugoniot)关系z火焰厚度: Le D M T ==//αδδ，该式的物理意义为... zMallard and Le Chatelier 理论(热理论)，掌握分析方法 z一维层流预混火焰的定性分析(热质理论) ，掌握分析方法 z一维层流预混火焰详细理论分析：Theory of Zeldovich, Frank-Kamenetskii & Semenov z 层流火焰速度的定义：n U S S L ⋅−=)( z影响层流预混火焰速度的因素 z 最小点火能(MIE, Minimum Ignition Energy)，临界熄火距离第6章 层流扩散火焰z 守恒标量(Coupling Function)方程, 混合物分数z 从0(氧气侧)到1.0(燃料侧)变化 z 扩散火焰中Y F ，Y O ，T 随混合物分数z 的分布z 扩散火焰的绝热燃烧温度z 一维稳态静态扩散火焰, 掌握求解解法：1), 混合物分数法Mixture Fraction Formulation ；2), 耦合函数法Coupling Function Formulation ；3), 反应面法Reaction-Sheet Formulation 。