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燃烧学讲义第一章

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燃烧中的化学热力学及燃烧化学问题

燃烧中的化学热力学及燃烧化学问题
• 工程上，对固体、液体燃料的热值习惯上用kJ/kg，对气体燃料的热值习
惯上用kJ/m3
LW－单位质量水蒸气的蒸发潜热244.51kJ/kg。
W －冷凝水沉重后之质量（kg）。
燃烧与环境技术研究中心
Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)
（一）化学反应过程能量转换的数量关系
2. 反应焓 hRT0 定义：
在定温—定容或定温—定压条件下，反应物与产物之间的焓差，为该反 应物的反应焓（kJ）。 • 各反应物及产物的焓值均以其生成焓表示。 例如 甲烷 CH4 ＋ 2O2 CO2 ＋ 2H2O
-74.89 2×0 -393.505 2×(-85.55)
（二）化学反应过程
1. 化学平衡与平衡常数 • 实际过程中为有限反应，且正向反应速度一般比逆向反应速度快得多。
可用反应度x表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物得程度。
2. 化学平衡与自由焓 • 根据热力学第二定律，自发的实现的过程都是不可逆的，它只能向单一
方向变化，并且可以用工质和它有关周围物质两者熵的和总是增大来表 示，即 • 在化学反映过程中，系统所作的功，除了依靠系统生电流等）。据热力学第一 定律，可得到：
（二）化学反应过程
1. 化学平衡与平衡常数 • 各化合物的反应速度为
• 正向反应速度
kf— 正向反应速度常数。
• 逆向反应速度
kb— 逆向反应速度常数。
燃烧与环境技术研究中心
Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)
（二）化学反应过程
燃烧与环境技术研究中心

燃烧学讲义

燃烧学讲义

燃烧学讲义现代的工业炉大部分都以燃料作为炉子热能来源，对于燃烧过程的评价及其特点的分析，从总的来说可以归纳为以下几个方面的主要问题：（1）燃烧温度：燃烧温度应满足炉内被加热钢料对炉温的要求。

（2）燃烧速度：它影响着炉内温度的高低和高温区集中的程度。

燃烧速度的特性指标是燃烧室容积热强度、简称“燃烧强度”，它表示单位容积内单位时间完全燃烧掉的燃料量（米3/米3•小时、千克/米3•小时或千焦/米3•小时），燃烧强度大，说明燃烧速度快（或用火焰传播速度表示），火焰短，高温区集中。

（3）燃烧完全程度：它影响到炉内温度，炉内气氛和燃料消耗量以及对大气的污染程度等。

燃烧完全程度一般由炉内气体成分或烟气成分决定。

假如可以用烟气中化学损失来表示，也可用“燃烧完全系数”表示。

炉内气氛的特点经常用CO/CO2和H/H2O等气体成分的比值来表示。

（4）燃烧的稳定性和可调性：为了调节燃烧装置的燃烧能力。

在所要求的调节范围内，燃烧过程应当稳定进行，比如要保持火焰的连续性，不回火，不脱火，不爆炸，不灭火。

每种燃烧装置都允许一定的调节范围，其大小通常用“调节倍数”或简称为“调节比”来表示。

一、燃烧温度1、燃烧温度的概念燃烧温度即燃料燃烧时生成的气态燃烧产物（烟气或炉气）所能到达的温度。

在实际条件下燃烧温度与燃料种类，燃料成分（即发热量），燃烧条件（指空气、煤气蓄热情况）以及传热条件等因素有关。

总起来说无非是决定于燃烧过程中的热平衡关系。

如果收入的热量大于支出的热量则将反映出燃烧温度逐渐升高。

反之则将反映出燃烧温度逐渐下降直到热平衡时燃烧温度才会稳定下来。

由此看来燃烧温度实质上就是一定条件下有热平衡所决定的某种平衡温度。

所以分析燃烧过程中热收入和热支出的平衡情况，从中找出估算燃烧温度的方法及提高燃烧温度的具体措施。

根据能量守恒和转化规律可知：燃烧过程中燃烧产物的热收入和热支出必然相等。

热收入各项有：①燃料燃烧的化学热（燃料的低发热值）②蓄热空气的物理热Q空=Ln•c 空•t空③燃料带入的物理热Q燃=c燃•t燃热支出各项有：①燃烧产物所含的热量Q产=Vn•c产•t产②由燃烧产物向周围介质的散热损失以Q介表示，它包含炉墙的全部热损失，加热金属和炉子构件等的散热损失。

燃烧学 第一章 绪论-精选文档

燃烧学 第一章 绪论-精选文档

二、燃烧理论的发展
• 世纪二十年代到四十年代
– 俄国化学家谢苗诺夫等人由反应动力学和传热传质相 互作用的观点，首次从定量关系上建立了着火及火焰 传播的经典燃烧理论 – 人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不是反应动 力学而是传热传质
• 四十年代到五十年代
– 基于扩散燃烧或扩散 — 动力燃烧的观点开始研究了液 滴和炭粒燃烧
锅炉爆炸2
– 1993年，宁波北仑港电 厂配600MW的2019t/h 锅炉燃烧组织不当，炉 膛严重结渣，大渣落下 砸坏水冷壁， （18.2Mpa,360℃）高 压水冲破炉墙，当场烧 死，烫死，窒息死亡19 人，造成严重损失。
配600MW发电机组2019t/h锅炉
四、燃烧学的研究内容
• 燃烧学的研究主要从两方面进行
– 燃烧理论的研究 • 研究燃烧过程所涉及的各种基本现象的机理 • 如燃料的着火、熄火、火焰传播及火焰稳定、预混火焰、扩散
火焰、层流和湍流燃烧、液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃 烧、燃烧产物的形成等过程的机理
– 燃烧技术的研究 • 应用燃烧基本理论解决工程技术中的各种实际燃烧问题 • 如对现有燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探索
燃 烧 学
第1章
绪论
一、什么是燃烧？
• 燃烧的定义
– 物质剧烈氧化而出现的发光发热的现象。 – 表现现象是 火 – 火是人类最早发现和应用的现象之一： • 火使人类摆脱了茹毛饮血和黑暗寒冷； • 火使人类进入文明社会，促进人类进步； – 现代社会发展的支撑工业离不开火 • 冶金，制造业 • 能源动力行业：火力发电；汽车、轮船和航空航天
和实践，提高燃料利用范围和利用效率，实现对燃烧过程的控 制，控制燃烧过程中污染物质的生成和排放等等。

燃烧学基础知识培训PPT课件

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（三）爆炸极限
1.爆炸浓度极限：可燃的气体、蒸气或粉尘与空气 混合后，遇火会产生爆炸的最高或最低的浓度。
遇火会产生爆炸 的最低浓度，称为爆炸下限；遇 火会产生爆炸 的最高浓度，称为爆炸上限。
爆炸极限是评定可燃气体、蒸气或粉尘爆炸危险 性大小的主要依据。爆炸上、下限值之间的范围越大， 爆炸下限越低、爆炸上限越高，爆炸危险性就越大。
二、 不同物质的燃烧产物
1.单质的燃烧产物 一般单质在空气中的燃烧产物为该单质元素的氧 化物。
2.化合物的燃烧产物 一些化合物在空气中燃烧除生成完全燃烧产物外， 还会生成不完全燃烧产物。最典型的不完全燃烧产物 是一氧化碳（CO2），它能进一步燃烧生成二氧化碳。
3.合成高分子材料的燃烧产物 合成高分子材料在燃烧过程中伴有热裂解，会分 解产生许多有毒或有刺激性的气体，如氯化氢、光气、 氰化氢等。
第二节 燃烧类型
燃烧按其发生的瞬间的特点不同，分为闪燃、着 火、自燃、爆炸。
一、 闪燃
（一）闪燃的含义
定义:液体表面上能产生足够的可燃整齐，遇明火 产生一闪即灭的燃烧现象。
可燃液体之所以会发生一闪即灭的闪燃现象，是 因为液体在闪燃温度下蒸发速度较慢，蒸发出来的蒸 气仅能维持短时间的燃烧，而来不及提供足够的蒸气 补充维持稳定燃烧，故闪燃一下就熄灭。
4.木材的燃烧产物 木材是一种化合物，主要由碳、氢、氧元素组成， 主要以纤维素分子形式存在。木材燃烧主要生成二氧 化碳、水蒸气、甲酸、乙酸、一氧化碳等产物，也会 申城可燃蒸气及颗粒。
三、 燃烧产物的毒性
燃烧产物有不少是毒害气体，往往会通过呼吸道 侵入或刺激眼结膜、皮肤黏膜使人中毒甚至死亡。
据统计，在火灾中死亡的人约80%是由于吸入毒 性气体中毒而致死的。一氧化碳是火灾中最危险的气 体。

燃烧学第01章 绪论

燃烧学第01章 绪论

– 通过流动速度控制NOX
• 煤的液化
– 液化煤燃料的特点：
• 高沸点 \ 宽的沸点范围 \ 高的N \ O \ 灰分含量
– 液化煤燃烧，SOOT \ NOX 排放较石油高
15
• 其他代用燃料和混合燃料
• 甲醇 \ 乙醇
– 可以从天然气和煤合成
– 热值小 – 用于汽油机时压升率高
– SOOT \ NOX排放小
– 燃烧过程是这些因素综合作用的结果
– 建立了着火、火焰传播\湍流燃烧的理论
• 20世纪50--60年代，冯卡门\钱学森：
– 用连续介质力学来研究燃烧现象
• 20世纪60年代后期，D. B. Spalding：
– 首次得到层流边界层燃烧过程控制微分方程的数值解 – 在普朗特、雷诺 \ 周培源等人工作基础上，将湍流模型引入燃 烧学的研究，提出一系列湍流输运模型和湍流燃烧模型 – 对一大批燃烧现象和实际燃烧过程进行了数值求解
绪论中国科学技术大学热科学和能源工程系2005年2月11燃烧与火焰燃烧燃料与氧化剂两种组分在空间激烈地发生放热化学反应的过程它伴有发热发光过程即所谓火的现象碳氢化合物等化学性能稳定的燃烧产物的光谱带波长075cc等处于电子激发态的各种自由基组分是由化学反应产生的光辐射不连续光谱带在反应瞬时产生燃烧气体液体或固体燃料的炉膛中完全燃烧产物的辐射主要来自h碳氢化合物燃料和空气的燃烧火焰中特别是层流火焰中的气体具有较高的电离度在电场中火焰发生变形弯曲着火熄火条件发生变化在论文中提出许多物质金属铝铁锡硫磷等燃烧后重量增加接着拉瓦锡很快证明这种物质在空气中含有20确立了燃烧的氧化学说揭开了燃烧的本质20世纪30年代美国化学家刘易斯俄国化学家谢苗诺夫将化学动力学机理引入燃烧研究化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素燧人氏钻木取火无法考证把人和动物分开摩擦生火普罗米修斯古希腊神话为拯救人类从天上偷来火种控制燃烧过程的因素不仅是化学动力学因素还有流动传热传质等物理因素在普朗特雷诺周培源等人工作基础上将湍流模型引入燃烧学的研究提出一系列湍流输运模型和湍流燃烧模型形成了计算燃烧学学科能够定量预测燃烧过程燃烧学在现代工业国防生产生活中的应用通过燃烧矿物燃料获取化学能在世界能源消费份额中在一个相当长的历史时期将仍然占有较大的比重火箭发动机汽车航空船舶等等柴油机10酒精煤油浆重油噪音soot烟粒排放11分层燃烧

第一章 火灾燃烧学基础1

第一章 火灾燃烧学基础1
11
（1）特别重大火灾
指造成30人以上 死亡，或者100人以上 重伤，或者1亿元以上 直接财产损失的火灾；
12
（2）重大火灾
指造成10人以上 30人以下死亡，或者 50人以上100人以下重 伤，或者5000万元以 上1亿元以下直接财产 损失的火灾；
13
（3）较大火灾
指造成3人以上 10人以下死亡，或者 10人以上50人以下重 伤，或者1000万元以 上5000万元以下直接 财产损失的火灾。
35
36
（6）爆炸
指由于物质急剧 氧化或分解反应，产 生温度、压力升高或 两者同时增加的现象 （对气相燃烧来说， 亦称预混燃烧）。
37
爆炸按其燃烧速度的快慢分为爆燃和爆
轰两类。
1）爆燃 指燃速以亚音速传播的爆炸 （指在空气中穿过未燃烧介质反应前端的速度 ≤340m/s）； 2）爆轰 指燃速以超音速传播，并以冲
500-700
煤炉火星
烟囱火星
1000
600
蜡烛焰
焊割焰 汽车废气火星
640-940
2000-300 600-800
61
石灰与水反应 600-700
一些可燃气体在空气中的
最小引燃能量(mJ)
物质名称 甲烷(8.5%) 丙烷(5-5.5%) 乙炔(7.73%) 氢气(29.5%) 最小引燃能量 物质名称 0.28 0.26 0.019 0.019 汽 油 最小引燃能量 0.2 0.215 0.19 0.55
指物质由外界着火源的作用而引发的燃
烧。由物质外界着火源的作用而引发燃烧的
最低温度称为引燃温度。简称着火点，用
“℃”表示。
21
22
（2）自燃
指可燃物质在没有外界着火源作用的条 件下，靠物质本身内部的一系列物理化学变 化而发生的自动燃烧现象。 物质发生自动燃烧的最低温度称为自燃 点，用“℃”表示。

《消防燃烧学》讲义(DOC)

《消防燃烧学》讲义(DOC)

第一部分绪论第一节前言一、《消防燃烧学》课程的形成与发展背景所谓燃烧，是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟的现象，在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，就是火灾，它是最常见的灾害之一。

消防燃烧学是研究火灾的发生、发展和熄灭的基本规律，以及防火、防爆和灭火的一般原理的科学。

现在在世界范围内，不仅火灾发生的频率增加，而且火灾向着多样化、复杂化的方向发展，由其引起的直接损失及其防治费用均呈上升趋势。

仅在我国，每年发生火灾十几万起，有6 千人死于火灾，直接经济损失高达50 亿以上。

因此，预防和控制火灾对保障人民生命财产的安全具有极其重要的意义。

为了预防和控制火灾，不仅要增加监测和扑救的人力和装备，更要研究火灾燃烧发生、发展和熄灭的基本规律及防火、防爆和灭火的一般原理，把火灾防治建立在对火灾燃烧过程科学认识的基础上，为火灾的预防与控制提供理论指导和基础数据，以不断适应当今消防科技发展进程中火灾认识科学化和火灾预防与控制工程化这一深刻变革，顺应新形势下消防工作对高素质、专家型人才培养的要求。

所有这些，为《消防燃烧学》课程的形成与发展提供了深厚的现实背景。

二、《消防燃烧学》课程的主要内容1、物理、化学基础——包括燃烧反应速度、热量传递和物质传递理论以及燃烧有关参数的计算等内容。

2、着火、灭火理论——包括可燃物着火方式、热着火理论、链锁反应理论、着火和灭火条件、着火感应期、最小引燃能以及火焰传播等内容。

3、可燃物质燃烧特点——包括可燃气体爆炸条件、爆轰理论、有关参量计算及其预防措施；可燃液体闪燃规律、石油及其产品着火后的沸溢和喷溅问题；可燃固体的燃烧模式、阻燃机理、粉尘和火炸药爆炸问题。

4、室内火灾燃烧特征——包括室内火灾燃烧的主要特点、发展阶段、轰燃的本质与特点、烟气的流动特征、室内火灾过程的计算机模拟、火灾模化相似理论等。

5、火灾燃烧实验技术——包括各类可燃物质燃烧或爆炸的特性及有关参数测定；火灾模化实验；计算机模拟技术，等等。

燃烧第一章

燃烧第一章

动力学参数 材料性质和结构特性
经验知识
燃烧模型的控制方程
1、守恒方程：质量守恒（连续性方程） 、守恒方程：质量守恒（连续性方程） 动量守恒 组分守恒（扩散方程） 组分守恒（扩散方程） 能量守恒 2、输运方程：层流——分子输运 、输运方程：层流 分子输运 质量输运（ 定律）： 质量输运（Fick定律）： 定律 m = -D·dC/dx
动量输运（ 定律）： 动量输运（Newton定律）： τ = -µ ·du/dx 定律 能量输运（ 定律）： 能量输运（Fourire定律）： q = -λ ·dT/dx 定律
湍流—— 湍流微团输运，包括： 湍流微团输运，包括： 湍流 湍流动能的输运； 湍流动能的输运； 湍流动能耗散率的输运； 湍流动能耗散率的输运； 雷诺应力的输运； 雷诺应力的输运； 概率密度函数的输运； 概率密度函数的输运； 瞬时脉动量的输运。 瞬时脉动量的输运。 随着湍流模型的发展还会有其它物理 量输运。 量输运。
第一章 燃烧化学基础 ——化学热力学及化学反应动力学 化学热力学及化学反应动力学
一种化学反应， 燃烧过程 —— 一种化学反应，反应过程中放出大量 热能。实际上是化学反应的某种状态 热能。 变化。 变化。工程上是指燃料中可燃元素与 氧化合产生能量的反应过程。 氧化合产生能量的反应过程。 燃烧过程的特点： 、反应中放出大量热能； 燃烧过程的特点：1、反应中放出大量热能； 2、具有较高的反应速率。 、具有较高的反应速率。
四、燃烧学的研究内容
燃烧学的主要内容： 燃烧学的主要内容：
燃烧化学——化学热力学，化学反应 化学热力学， 燃烧化学 化学热力学 动力学 燃烧物理学——流动、传热和热力学过程 流动、 燃烧物理学 流动 燃烧测量——燃烧过程的测量技术 燃烧过程的测量技术 燃烧测量

3.1.2消防燃烧学

3.1.2消防燃烧学
ln( PC T
n+ 2 n
)
E 斜率 = nR
1 Tc
Pc
着火区
非着火区
Tc
小结： 小结：
1.着火条件和着火分类 2.热自燃理论的出发点和结论 3.热 4.着火感应期及求解方法 5. 着火极限的自燃理论得出的着火条件 意义
二、谢苗诺夫理论的应用
1.着火感应期 着火感应期 2. 自燃着火极限条件
1. 着火感应期
(1).定义: (1).定义:开始化学反应到着火所经历的时间 定义 (2).确定着火感应期的意义 (2).确定着火感应期的意义 (3).求解方法 (3).求解方法 ① T - t法 ② 数学解析法
(4).影响着火感应期的因素 (4).影响着火感应期的因素
2.点燃(引燃): 可燃物局部受高温热源加热,T↗
试判断下列情况下的着火方式各属什么类型? ① 植物油生产车间 热锅中植物油着火 ② 沉积于热管道上的可燃粉尘引起的爆炸 ③ CaC2遇水发生的爆炸 ④ 深圳清水河8.15爆炸(化学危险品） ⑤ 用火机点燃香烟 ⑥ 新疆克拉玛依幼儿园剧场着火
一、着火条件
− E / RT
ɺ ql =
∆ΗC ⋅ V ⋅ Kn ⋅ C A e
dT − S ⋅ h ⋅ (T − T0 ) = ρ ⋅ V ⋅ c ⋅ dt
Semenov热自燃理论模型
体系 T
环境 T0
Semenov 模 型温度分布 示意图
Semenov模型是一个理想化的模型。 该模型的假设是：体系内温度均匀一致， 不具有任何温度梯度，各处的温度均为T， 且体系的温度大于环境的温度T0，体系和 环境的温度是不连续的有温度突跃。 体系与环境的热交换全部集中在体系的表 面。
ρ ∞ ( f∞ − fc) ⋅ ∆Η C = ρ ∞ ⋅ CV ⋅ (TC − T∞ )

(整理)消防燃烧学第一章

(整理)消防燃烧学第一章

精品文档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第一章燃烧的化学基础基础化学、热化学、化学动力学等方面的知识对燃烧的研究起着重要作用。

第一节燃烧的本质和条件一、燃烧的本质所谓燃烧，是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟的现象。

燃烧区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定(或受激发)的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颖粒，这样就形成了烟。

从本质上讲，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。

如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。

它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。

现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。

这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

二、燃烧的条件及其在消防中的应用(一)燃烧的条件燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。

作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。

【安全课件】第1章燃烧基础与特征

【安全课件】第1章燃烧基础与特征

0 C
MG 1000
Qm
0 C
22.4 1000
QV
高热值(QH ) : 燃烧产物中的水以液态形式存在时的热值 低热值(QL ) : 燃烧产物中的水以气态形式存在时的热值
二、热值计算公式：
QH 4.2[81C 300H 2（6 O S）]（kJ / kg） QL QH 25.（2 9H W）（kJ / kg）
甲类
氯酸盐、过氧化氢、过氧化钠、次氯酸盐
乙类
发烟硫酸、发烟硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾
四、还原剂
可燃物即燃烧反应的还原剂，可以分为五类。 1.气体分为2类 2.液体分为3类 3.固体分为5类（极易燃、易燃、可燃、难燃、非燃）
第四节 燃烧反应速度方程
一、浓度对化学反应速度的影响—质量作用定律
aA bB gG dD
三、消防燃烧学
研究燃烧的发生、发展和熄灭的基本规律，以及防火、 防爆和灭火的一般原理的科学。
主要内容：
1.有关燃烧的化学和物理基础知识 2.着火和灭火的基本理论 3.气体、液体和固体的燃烧特性
火灾：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害
典型火灾案例： 1. 2003.2.2 哈尔滨天潭酒店火灾 2. 2003.2.20 美国罗得岛州夜总会火灾 3. “9.11” 恐怖袭击事件 4. 2.21上午10点10分，美国纽约斯塔腾岛油轮大火 5. 2.21 (北京时间22日) 美国安大略湖附近列车火灾 6. 12.４日 悉尼森林火灾
扩散燃烧
3.气体火焰的形状：
预混燃烧
流速增大
理想气体火焰 流速减小
三、液体、固体火焰
液体和固体主要呈扩散燃烧，火焰是扩散火焰
3 2
1
蜡烛火焰结构

燃烧学—第一章

燃烧学—第一章

安全工程学院－齐黎明
9
《燃烧学》--第一章
4.3燃烧学的研究方法 燃烧学的研究方法包括统计分析法、模拟研 究法和实体实验法。 1、燃烧的化学基础 2、燃烧的物理基础 3、着火和灭火理论 4、可燃气体的燃烧 5、可燃液体的燃烧 6、可燃固体的燃烧 基础理论
燃 烧 学
安全工程学院－齐黎明
10
《燃烧学》--第一章
安全工程学院－齐黎明
2
《燃烧学》--第一章
重点实验室
煤燃烧国家重点实验室－－－华中科技大学 内燃机燃烧学国家重点实验室－－－天津大学 煤的清洁燃烧技术国家重点实验室－－－清华大学 火灾科学国家重点实验室－－－中国科学技术大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室－－－矿大 国家电站燃烧工程技术研究中心－－－辽宁 清华大学国家煤燃烧工程研究中心－－－清华大学 哈尔滨工业大学燃烧工程研究所－－哈尔滨工业大学 国家水煤浆工程技术研究中心浙江大学燃烧技术研究 所－－－浙江大学 上海交通大学燃烧与环境中心－－－上海交通大学
安全工程学院－齐黎明
6
《燃烧学》--第一章
2.3目的和意义 学习研究各种可燃物的着火条件――――防火 学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸 学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火，减 少损失 学习研究燃烧烟气特性――――防排烟，减少人 员伤亡
安全工程学院－齐黎明
7
《燃烧学》--第一章
三、火灾防治措施 建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、 制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调 动社会各界力量投入防灭火。 四、燃烧学的研究对象和方法 4.1燃烧学的研究对象 1、燃烧理论的研究。2、燃烧技术的研究。
怎么产生的呢？
安全工程学院－齐黎明

自燃理论燃烧学基础PPT课件

自燃理论燃烧学基础PPT课件
着火感应期的存在原因：可燃体系在着火前由 低温化学反应到高温燃烧反应，需要有个热量 逐渐积累、温度逐渐上升过程，反应才能自动 加速，而这个过程是需要时间的。
34
四、热自燃理论中的着火感应期
（一）T-t曲线图
q
ql T
b
Tc
c a
T0 Tc
T
t
35
第二节 弗兰克-卡门涅茨基自燃理论 Frank-Kamenetski
第一节 谢苗诺夫自燃理论
一、热自燃理论的基本出发点
体系能否着火取决于化学反应放热因素与体系向 环境散热因素的相对大小。如果反应放热占优势， 体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，出 现自燃。反之，不能自燃。 二、谢苗诺夫自燃理论
谢苗诺夫自燃理论的基本出发点：自然体系的着 火成功与否取决于放热因素和散热因素的相互关系。
31
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
1、发热量 2、温度 3、催化物质 4、比表面积 5、新旧程度 6、压力
压力越大，反应物密度越大，单位体积产 生的热量越多，易发生自燃。
32
三、热自燃理论的着火条件 （三）散热速率的影响因素
1、导热作用 导热系数越小，越易蓄热，易自燃；
2、对流换热作用 对流换热作用差的，容易自燃。如：通风
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q2
a点：
b
b点：
c点：
a
c
T0
T
相交： 相切： 相离：
21
放热速率：
散热速率：
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
b
Q2 自燃重要的准则：

《燃烧学基础》讲义

《燃烧学基础》讲义
第四章 控制方程 Governing Equations (4 课时) 4.1 输运现象……………………………………………………………4-1 4.2 守恒方程……………………………………………………………4-4 4.3 守恒标量方程………………………………………………………4-7 4.4 简化方程……………………………………………………………4-9
第七章 着火与熄火 Ignition and Extinction (6 课时) 7.1 热着火理论…………………………………………………………7-1 7.2 良好搅拌反应器中的着火与熄火…………………………………7-4 7.3 最小点火能…………………………………………………………7-8 7.4 临界熄火距离………………………………………………………7-10 7.5 辐射热损失与可燃极限……………………………………………7-11
《燃烧学基础》讲义
版本 1.0
陈正 北京大学 工学院
2010年1月1日
Tel: 010-62568935, 13439589987 Email: cz@ Web: /subpaget.asp?id=210
课程信息
课程名称：燃烧学基础 (Fundamentals of Combustion) 授课教师：陈正 (62568935, 13439589987 cz@) 授课对象：力学、航空航天、能源、环境等学科专业的高年级本科生 课程类别：专业限选课； 课程学分：3 开课院系：北京大学 工学院 力学与空天技术系 开课学期：2009年秋季学期 课程网站： → 教职员工→ 陈正 教学方式：课堂授课(以板书讲授为主，适当采用多媒体教学手段) 评分标准：平时作业25%，读书报告15%，期中笔试25%，期末笔试35% 上课时间地点：周二(单双周)和周四(双周)下午2:30-4:30，二教420房间 答疑时间地点：周一下午3:00-5:00，华腾科技大厦471室 课程简介：

燃烧学 第一章 绪论

燃烧学 第一章 绪论
– 燃烧理论的研究 • 研究燃烧过程所涉及的各种基本现象的机理 • 如燃料的着火、熄火、火焰传播及火焰稳定、预混火焰、扩散
火焰、层流和湍流燃烧、液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃 烧、燃烧产物的形成等过程的机理
– 燃烧技术的研究 • 应用燃烧基本理论解决工程技术中的各种实际燃烧问题 • 如对现有燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探索
锅炉爆炸2
– 1993年，宁波北仑港电 厂配600MW的2019t/h 锅炉燃烧组织不当，炉 膛严重结渣，大渣落下 砸坏水冷壁， （18.2Mpa,360℃）高 压水冲破炉墙，当场烧 死，烫死，窒息死亡19 人，造成严重损失。
配600MW发电机组2019t/h锅炉
பைடு நூலகம்
四、燃烧学的研究内容
• 燃烧学的研究主要从两方面进行
学习燃烧学的目的
• 任何事物都是一分为二的。
– 利用燃烧过程为人类造福 – 避免燃烧过程给人类带来危害
• 核心问题
– 燃烧过程的可控制性
• 学习燃烧学的双重目的
– 掌握燃烧过程基本概念和基本原理 – 学会应用基本概念和原理分析判断燃烧过程 – 逐步学会控制、利用燃烧过程
有关教学说明
• 课堂授课共54学时，实验课6学时 • 作业：每章讲完后留大作业 • 参考书
和实践，提高燃料利用范围和利用效率，实现对燃烧过程的控 制，控制燃烧过程中污染物质的生成和排放等等。
五、燃烧学的研究方法
• 燃烧科学发展的最重要的形式是理论的发展，而
理论的发展正是科学实践的结果，也就是研究方 法的发展。
• 燃烧理论的建立是实验研究和理论总结的结合。 • 由于燃烧过程的复杂性，到目前为止，燃烧科学
– 人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不是反应动 力学而是传热传质

燃烧学讲义第一章

燃烧学讲义第一章

V0,air
V0,O2 （m3/kg） 0.21
（1-4）
例 1-1：求 5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。已知木材的质量百分数组分为：C－43 ％，H－7％，O－41％，N－2％，W－6％，A－1％。
现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产 物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃 烧过程中的物理现象。
1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用
1.1.2.1 燃烧的条件 燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，
（1-1）
式中，C、H、O、N、S、A 和 W 分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分的质
量百分数，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。
3
计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的 氧气量。因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下：
从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特 征表明它不同于一般的氧化还原反应。
如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反 应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。 它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。
燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。 1．可燃物（还原剂） 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能
与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽 油、木材、纸张等。

(高等燃烧学_李晓东)01-2-导论和基础 [兼容模式]

(高等燃烧学_李晓东)01-2-导论和基础 [兼容模式]

近年来计算机的迅猛发展，提供了一套在一般条 件下用数值方法求解上述方程组的可能性，可以 求出各种理论数学模型的解，通过把该解与相应 的实验 究结 的实验研究结果对比、检验、发展和优化的理论 检验 发 优化的 论 模型，从而深入认识现有燃烧过程，预示新的燃 烧现象，进一步揭示燃烧规律。 燃烧理论与错综复杂的燃烧现象有机地联系起来， 使燃烧学科上升到系统理论的高度。
4
燃烧的危害

大气有害污染物质

火灾：损失无法估量 大气污染：酸雨、温室效应
颗粒物： 指大气中液体、固体状物质，又称总悬浮物 硫氧化物： 是硫氧化物的总称 氮氧化物： 是氮氧化物的总称 碳的氧化物： 主要包括二氧化碳和 主要包括二氧化碳和一氧化碳 氧化碳 其它特殊有害物质： ※ 碳氢化合物：是以碳元素和氢元素形成的化合物， 如甲烷、乙烷以及多环芳烃等 ※ 持久性有机污染物（含氯有机污染物二恶英） ※ 重金属

热力学成为燃烧现象认识的重要而唯一的基础
2
燃烧学的不断发展(续）

燃烧学的不断发展(续）

随着上世纪初各学科的迅猛发展，在上世纪30年 代和50年代之间，人们开始认识到影响和控制燃 烧过程的因素不仅仅是化学反应动力学因素，还 有气体流 有气体流动，传热，传质等物理因素，燃烧则是 传热 传质等物 素 燃烧则 这些因素的综合作用的结果，从而建立了着火、 火焰传播、湍流燃烧的规律。

Reacting flows
从化学反应流到反应流的定义变迁
6
课程内容


第六讲：湍流燃烧理论与模型，这是目前发展较快的新 的理论成果，介绍经典的表面皱折和容积燃烧两种湍流 燃烧模型；

第一讲： 导论 第二讲：主要介绍化学热力学基础知识和化学动力学的 基础知识; 第三讲：将对燃烧物理学基本方程进行分析，重点介绍 斯蒂芬 （Stefen）流和相分界面上边界条件，以加深 （St f ）流和相分界面上边界条件 以加深 对燃烧反应边界条件的认识 第四讲：经典的燃料的着火理论，内容包括经典的热力 爆燃理论，点火理论和强迫着火理论。 第五讲：火焰传播理论，主要介绍正常火焰传播和火焰 稳定的基本原理及这一理论用于燃烧稳定的方法的理论 基础；

燃烧学第一章(消防安全类)

燃烧学第一章(消防安全类)

《燃烧学》--第一章
例1-1：求5 kg木材完全燃烧所需要的理论空气量。已知木材 的质量百分数组分为： C － 43% ， H － 7% ， O － 41% ， N － 2%，W－6%，A－1%。 解：依据上述有关公式，燃烧1 kg此木材所需理论氧气体积为
V0,O2 ( C H S O ) 22.4 10 2 12 4 32 32 43 7 41 ( ) 22.4 10 2 0.91(m 3 ) 12 4 32
《燃烧学》--第一章
助燃物
氧化剂：如氧气，氯气，浓硫酸，过氧化钠 特例：炸药（氧平衡）
点火源
引燃物质燃烧的点燃能源 种类有：
o o o o o o
火焰：直接点燃，热辐射 高温物体：如电熨斗、火星 电火花：电气火花，静电火花 机械能：撞击、摩擦、气体压缩 光能 化学能
《燃烧学》--第一章
越厉害 （2）存在自由氧（氧气供应不足，且燃料与空气混合不好而造 成的不完全燃烧）
B V yq V yq 1.88VCO 1.88VH 2 9.52VCH 4 4.76VO2


o 剩余氧气量大时，烟气量增加；剩余氧气量很小时，烟气量
减少
《燃烧学》--第一章
1.4 燃烧热的计算
因此，完全燃烧1 m3这种煤气所需理论空气体积为
V 0 , air
V 0 ,O 2
1 3 m 1 4 .76 CO H 2 H 2 S ( n )C n H m O 2 10 2 0 .21 2 2 4 2
1 1 4.76 6.8 57 56 .1 10 2 4.188 m 3 2 2
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第1章燃烧化学基础燃烧的本质和条件1.1.1 燃烧的本质所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。

燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。

从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。

如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。

它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。

现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。

这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用1.1.2.1 燃烧的条件燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。

作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。

1．可燃物（还原剂）不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。

2．助燃物（氧化剂）凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。

空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。

3．点火源凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。

上述三个条件通常被称为燃烧三要素。

但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。

要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。

燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a）所示。

经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。

但是，根据燃烧的链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基（自由基）作“中间体”，因此，着火三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个着火四面体，如图1-1（b）所示。

1.1.2.2 燃烧条件在消防中的应用掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。

所谓火灾，是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

根据着火三角形，可以提出以下防火方法：1．控制可燃物在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气体的地方，可采取通风；在森林中采用防火隔离林等。

2．隔绝空气涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，要充入惰性介质保护；隔绝空气储存某些物质等。

3．消除点火源在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。

根据着火三角形，可以提出以下灭火方法：1．隔离法将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝可燃物来源等，燃烧区得不到足够的可燃物就会熄灭。

2．窒息法用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；密闭起火的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。

3．冷却法用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。

着火四面体为另一种灭火方法——抑制法提供了理论依据，这种方法的原理是：使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止。

根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃烧条件。

燃烧空气量的计算我们知道，空气中含有近21％（％重量）的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能燃烧。

空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正在进行的燃烧将会逐渐熄灭。

空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。

其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。

1.2.1理论空气量理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气需要量。

此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完全氧化的产物。

1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量一般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为：%100%%%%%%%=++++++W A S N O H C （1-1）式中，C 、H 、O 、N 、S 、A 和W 分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分的质量百分数，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。

计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的氧气量。

因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下：22CO O C =+OH O H 222141=+（1-2）22SO O S =+假定计算中涉及的气体是理想气体，即1000mol 气体在标准状态下的体积为22.4m 3，则所需氧气的体积为2,0104.22)3232412(2-⨯⨯-++=OS H C V O （m 3/kg ）（1-3）因此，每1kg 可燃物完全燃烧时所需空气量的体积为 21.02,0,0O air V V =（m 3/kg ） （1-4）例1-1：求5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。

已知木材的质量百分数组分为：C －43％，H －7％，O －41％，N －2％，W －6％，A －1％。

解：依据上述有关公式，燃烧1kg 此木材所需理论氧气体积为2,0104.22)3232412(2-⨯⨯-++=OS H C V O 91.0104.22)3241471243(2=⨯⨯-++=-（m 3）因此，燃烧5kg 此木材所需理论空气体积为 521.02,0,0⨯=O air V V ＝521.091.0⨯＝（m 3） 1.2.1.2 气体可燃物的理论空气量对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为 %100%%%%%%%%222222=+++++++∑O H N O CO S H HC H CO mn（1-5）式中 CO 、H 2、C n H m 、H 2S 、CO 2、O 2、N 2、H 2O 分别表示气态可燃物中各相应成分的体积百分数。

C n H m 表示碳氢化合物的通式，它可能是CH 4、C 2H 2等可燃气体。

根据可燃物完全燃烧的反应方程式，如下2221CO O CO =+O H O H 22221=+ 222223SO O H O S H +=+ O H mnCO O m n H C m n 2222)4(+=++从以上反应方程式可以得出：完全燃烧1mol 的CO 需要1/2mol 的O 2，根据理想气体状态方程，则燃烧1m 3CO 需要1/2m 3O 2。

同理，完全燃烧1m 3H 2、H 2S 、C n H m 分别需要1/2m 3、3/2m 3、（n+m/4）m 3的O 2，因此，每1m 3可燃物完全燃烧时需要的氧气体积为2222,010)4(2321212-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++=∑O H C mn S H H CO V m n O （m 3/m 3） （1-6）每1m 3可燃物完全燃烧的理论空气体积需要量为 2222,0,010)4(23212176.421.02-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++⨯==∑O H C m n S H H CO V V m n O air （m 3/m 3）例如1-2：求1m 3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。

已知焦炉煤气的体积百分数组成为：CO －％，H 2－57％，CH 4－％，C 2H 4－％，CO 2－％，N 2－％，H 2O －3％。

解：由碳氢化合物通式得1.567.34425.224414=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫⎝⎛+∑m n H C m n 因此，完全燃烧1m 3这种煤气所需理论空气体积为2222,0,010)4(23212176.421.02-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++⨯==∑O H C m n S H H CO V V m n O air 32188.4101.5657218.62176.4m =⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⨯⨯=-1.2.2 实际空气量和过量空气系数在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。

实际供给的空气量称为实际空气需要量或者实际空气量。

实际空气量L 与理论空气量L 0之比称为过量空气系数，通常用α表示：L L=α （1-7）因此，实际空气需要量与理论空气需要量的关系为：air air V V ,0,⋅=αα （1-8）α值一般在1－2之间，各态物质完全燃烧时的α经验值为：气态可燃物α＝；液态可燃物α＝－；固态可燃物α＝－。

常见可燃物燃烧所需空气量见下表1-1。

当α＝1时，表示实际供给的空气量等于理论空气量。

从理论上讲，此时燃料中的可燃物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应方程式的当量关系。

此时的燃料与空气量之比称为化学当量比。

当α<1 时，表示实际供给的空气量少于理论空气量。

这种燃烧过程不可能是完全的，燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完毕，这样势必造成燃料浪费。

但是，在某些情况下，如点火时，为使点燃成功，往往多供应燃料，一般情况下应当避免α<1的情况。

当α>1时，表示实际供应的空气量多于理论空气量。

在实际的燃烧装置中，绝大多数情况下均采用这种供气方式，因为这样既可以节省燃料，也具有其它的有益作用。

综上，过量空气系数α是表明在由液体或者气体燃料与空气组成的可燃混合气中，燃料和空气比的参数，其数值对于燃烧过程有着很大影响，α过大或者过小都不利于燃烧的进行。

表1-1 常见可燃物燃烧所需空气量1.2.3 燃料空气比与过量空气系数在实际燃烧过程中，表示燃料与空气在可燃混合气中组成比例的参数，除了α外，还有燃料空气比f 和过量燃料系数β 1.2.3.1燃料空气比f燃料空气比是在燃烧过程中实际供给的燃料量与空气量之比，即：af G G f =（1-9）它表明每千克空气中实际含有的燃料千克数。

这一参数常用于由液体燃料形成的可燃混合气，习惯称为“油气比”。

根据燃料空气比的定义，可得到它与过量空气系数α的的关系为11L L G G f af α===（1-10）对于一定燃料来说，L 0是确定的值，因而f 和α成反比。