燃烧学讲解课件

燃烧学上节课内容回顾液态可燃物的火灾蔓延1油池火2液面火3含油的固面火4液雾中的火蔓延1油罐火灾燃烧1.1液体的稳定燃烧1.2液体燃烧的火焰特性1.3原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅1.1液体的稳定燃烧可燃液体一旦着火并完成液面上的传播过程之后，就进入稳定燃烧的状态。1.1.1液体的燃烧速度（一）液体燃烧速度表示方法

1．燃烧线速度（V）：（mm/h）2．重量燃烧速度；

[kg/（m2·h）]图1

液体燃烧速度测定装置1.重锤；2.滴定管；3.滑轮；4.直径为62mm的石英容器（二）液体燃烧速度的测定1.液体的初温影响液体燃烧的质量速度G可表示为（三）影响液体燃烧速度的因素2.容器直径大小的影响图2

液体燃烧速度随罐径的变化1.汽油；2.煤油；3轻油火焰有三种燃烧状态：直径小于0.03m时，火焰为层流状态，燃烧速度随直径增加而减小；直径大于1m时，火焰呈充分发展的湍流状态，燃烧速度为常数，不受直径变化的影响：直径介于0.03～1.0m的范围内时，随着直径的增加，燃烧状态逐渐从层流状态过渡到湍流状态，燃烧速度在0.1m处到达最小值。（三）影响液体燃烧速度的因素3．容器中液体高度的影响容器中的液体高度是指液面距离容器底部的高度。随着容器中液位的下降，直线燃烧速度相应降低．这是因为随着液位下降，液面到火焰底都的距离加大，所以火焰向液面的传热速度降低。4．液体中的含水量的影响液体中含水时，由于从火焰传递出的热量有一部分要消耗于水分蒸发，因此液体的燃烧速度下降。而且含水量越多，燃烧速度越慢。5．风的影响

风有利于空气和液体蒸气的混合，可使燃烧速度加快。（三）影响液体燃烧速度的因素1.2.1火焰的燃烧状态

当液池直径D<0.03时，火焰呈层流状态。这时空气向火焰面扩散，可燃液体蒸气也向火焰面扩散，所以燃烧的主要方式是扩散燃烧；当直径0.03<D<1.0m时，燃烧由层流向湍流转变；当直径D>1.0m时，火焰发展为湍流状态，火焰的形状由层流状态的圆锥形变为形状不规则的湍流火焰。1.2液体燃烧的火焰特性

大多数实际液体火灾为湍流火焰。在这种情况下，油面蒸发速度较大，火焰燃烧剧烈。由于火焰的浮力运动，在火焰底部与液面之间形成负压区，结果大量的空气被吸入形成激烈翻卷的上下气流团，并使火焰产生脉动，烟柱产生蘑菇状的卷吸运动，使大量的空气被卷入。

图3

湍流型浮力扩散火焰

液池内油品的火焰大体上呈锥形，锥形底就等于燃烧的液池面积。锥形火焰受到风的作用而产生一定的倾斜角度，这个角度的大小与风速有直接的关系。当风速大于或等于4m／s时，火焰会向下风方向倾斜约60～70°此外，试验还表明；在无风的条件下，火焰会在不定的方向倾斜0～5°这也许是因为空气在液池边缘被吸入的不平衡或火焰卷入空气不对称所造成的。

研究火焰的倾斜角度对于建立火灾的数理模型以及研究其向周围辐射热量的变化规律是十分重要的。1.2.2火焰的倾斜度1.2.3火焰的高度图4

石油产品的火焰高度层流火焰区：H/D∝D－0.1～0.3湍流火焰区:H/D≈1.5～2.0

火焰的高度是评价火焰危险程度的一个重要参数,其不仅影响火焰向外界环境的辐射换热,而且可以据其预测油品的燃烧率和燃烧发展过程。表1汽油火焰高度与圆池直径的关系D(m)H(m)H/D22.3035.011.565.4011.452.120.38～0.441.303.25Hesdestad火焰高度公式：

火焰的高度随罐径的增加而增加,但火焰的无量纲高度H/D却随着罐径的增加而减小,最后趋向于1.5。1.2.4火焰的温度特征

火焰温度主要取决于可燃液体种类，一般石油产品的火焰温度在900～1200℃之间。

图5

火焰沿纵轴的温度分布1.2.5火焰的辐射火焰通过辐射对液池周围的物体传热计算火焰的辐射对确定油罐间的防火安全距离，设计消防洒水系统是十分必要的。计算方法：点源法、长方形面源法点源法图6

油罐火灾辐射示意图假定被辐射体与视线PT的夹角为θ，则投射到辐射接受体表面的辐射热通量为

火焰高度液池的热释放速率假定总热量的30％以辐射能的方式向外传递，则辐射热速率为离点源R距离处的辐射热通量为R2＝(H/2)2＋d2

例：油罐直径为l0m，重量燃烧速度为0.058kg／（m2·s），汽油的燃烧热为ΔHc=45kJ/g。发生火灾时，火焰热释放速率为火焰的总辐射速率为2．长方形辐射面法图7

油罐火灾辐射示意图2．长方形辐射面法假定火焰为高H、宽D的长方形平板，热量由平板两面向外辐射，两面的辐射力均为；

E＝0.3G·△HC·Af/（H·D）/2T处的辐射热通量为：＝ΦE

式中Φ是T所处的水平微元面对火焰矩形面的角系数。火焰中心线将火焰平面分为两个长方形，T所处的水平微元面对每个长方形的角系数是的一半，即

Φ＝2图810m直径汽油罐火灾辐射热通量计算值

a.点源法b.长方形辐射面法1.3原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅1.3.1基本概念

1．初沸点：原油中最轻的烃类沸腾时的温度，也是原油中最低的沸点。2．终沸点：原油中最重的烃类沸腾时的温度，也是原油中最高的沸点。3．沸程：不同比重不同沸点的所有馏分转变为蒸气的最低和最高沸点的温度范围，各种单组分液体只有沸点而无沸程。4．轻组分：原油中比重最轻、沸点最低的很少一部分烃类组分5．重组分：原油中比重最大、沸点最高的很少一部分烃类组分。1.3.2单组分液体燃烧时热量在液层的传播特点这类物质的燃烧具有以下几种特点：（一）液面温度接近但稍低于液体的沸点（二）液面加热层很薄（十～几十mm）（三）热液层在火灾开始后迅速形成，然后保持厚度不变图9丁醇和汽油稳定燃烧时的液面下温度分布热液层液面液体（初始温度）1.3.3原油燃烧时热量在液层中的传播特点宽沸程液体的热波特性热液层液面液体（初始温度）热波(头)◆热波形成机理火灾形成后火焰加热液面液面液体蒸发，低沸点液体先蒸发，高沸点组份形成高温重质微团高温重质微团下沉，对流换热，将热量向下传递，形成热波。◆热波传播速度表2热波传播速度与直线燃烧速度的比较油品种类热波传播速度（mm/min）直线燃烧速度（mm/min）轻质油品含水<0.3%7～151.7～7.5含水>0.3%7.5～201.7～7.5重质燃油及燃料油含水<0.3%～81.3～2.2含水>0.3%3～201.3～2.31.3.4重质油品的沸溢和喷溅

（1）原油具有形成热波的特性，即沸程宽，比重相差较大；如原油、重柴油、渣油、蜡油、沥青、润滑油等。（2）原油中含有乳化水，水遇热波变成蒸气；（3）原油粘度较大，使水蒸气不容易从下向上穿过油层；如果原油粘度较低，水蒸气很容易通过油层，就不容易形成沸溢。※沸溢现象※沸溢形成必须具备三个条件：☆在热波向液体深层运动时，因而热波会使油品中的乳化水气化，形成油包气的气泡，即油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫。☆使液体体积膨胀，向外溢出。☆气泡上升，使液面猛烈沸腾起来，就象“跑锅”一样。这种现象叫沸溢。喷溅现象（扬沸）原油中的水以水垫形式存在随着燃烧的进行，热波的温度逐渐升高，热波向下传递的距离也加大当热波达到水垫时，水垫的水大量蒸发，蒸气体积迅速膨胀（体积增大1700倍），以至把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射。这种现象叫喷溅。水垫层喷溅发生时间：喷溅发生的征兆出现油面蠕动、涌涨现象；火焰增大、发亮、变白；出现油沫2～4次；烟色由浓变淡，发生剧烈的“嘶！嘶！”声等。金属油罐会发生罐壁颤抖，伴有强烈的噪声（液面剧烈沸腾和金属罐壁变形所引起的），烟雾减少，火焰更加发亮，火舌尺寸更大，火舌形似火箭。喷溅的危害

据资料显示，喷溅的范围为50～120m

，对灭火人员和周围建筑、设备造成极大危害，具有非常大的危险性。

沸溢喷溅导致燃烧火焰的直径和高度明显增大，一般地，火焰直径可增大1.5～2倍，1ｍ直径罐和2ｍ直径罐的火焰高度分别由正常的２ｍ