第3章 着火与灭火基本理论ppt课件.ppt

第三章着火和灭火,1,第一节着火分类和条件第二节谢苗诺夫自燃理论第三节弗兰克卡门涅茨基自燃理论第四节几种典型物质的自燃第五节链锁反应着火理论第六节强迫着火第七节灭火分析,2,第一节着火分类和条件,一、着火分类1化学自燃：勿需外界加热，系常温下，因自身化学反应发生。2热自燃：可燃物与氧化剂预混合后加热至一定温度而整个面积自动着火。3点燃：外部能源使预混合气体局部范围加热在着火源附近被引燃，然后传播至整个可燃混合物中。注意：化学、热自燃均既有化学作用又有热作用，但热自燃有外部热源。热自燃与点燃均有外部热源作用，但存在整体和局部加热的不同。,3,二、影响着火的因素-1、化学动力学因素：燃料性质、燃料与氧化剂的比例、环境压力及温度-2、流体力学因素：气流速度、容器尺寸等,4,三、着火条件：在一定初始条件（闭口系统）或边界条件（开口系统）下，系统将在一定时间后出现剧烈加速，使系统在某个瞬间达到高温反应（燃烧）态，该初始条件（或边界条件）称为着火条件。注意：（P96图3-1）1.达到着火条件并不意味着已经着火。2图3-1不表示过程，而是表示系统的初始温度。3着火条件不仅含温度，应是的诸因素的综合影响。,5,第二节谢苗诺夫自燃理论,一、谢苗诺夫自燃理论热自燃理论：着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。反应放热散热热量积聚t反应加速自燃。反应放热Ta,cr，那么，将根号内展成级数当E=40000kcal/mol，Ta,cr=1000K，温差为50K,26,(图39，P109，新书P129图6-7)低压，自燃着火温度高，高压，自燃着火温度低。,27,（二）Pc，Tc和可燃气体浓度Xf的函数关系（图310，311，P110，新书图6-9、6-10）,28,浓度界限存在浓度上、下限（上限富燃料，下限贫燃料）超出上下限范围，温度不管多高不会着火，（温度压力变化，上下限变化）温度界限，不变，Tc，上下限范围缩小，直至0对应的温度为该压力下的自燃温度极限。（问题：对Tc、T的区别）。压力极限，不变，Pc，上下限范围缩小，直至0对应的压力为该温度下的自燃压力极限。,29,第三节弗兰克卡门涅茨自燃理论,谢苗诺夫自燃理论：因体系中温度不同的部分因对流（气体）、热传导（Bi数较小的堆积固体），致使体系内部各点温度相等。弗兰克卡门涅自燃理论，描述大Bi数（Bi10）条件下，体系内部的不均匀性。以体系在自燃着火之前，是否能获得不随时间而变化的稳态温度分布，作为判断体系能否自燃的依据。,30,一、理论分析假设：1、反应速率由阿累尼乌斯方程描述；2、物质着火前，反应物消耗量很小，可假定反应物浓度CAO为常数；3、体系的Bi数相当大，体系的边界温度与环境温度相等；4、体系的热力参数为常数，不随温度改变。则物体内部的温度分布为（3-15）,31,边界条件：边界面z=f(x,y)上，T=T；最高温度处，；体系不具备自燃条件时：则（3-15）变为（3-16）,32,引入无因次温度和无因次距离x1，y1，z1x0,y0,z0是体系的特征尺寸，分别定义为体系在x,y,z上的长度(3-17)(3-18)代入（3-16）,33,（3-19）变为表征物体内部化学放热和通过边界向外传热的相对大小边界条件边界面z1=f(x1,y1)上，=0；最高温度处，；,34,1，1舍去，得：视为常数，30，系临界状况，t为w产w0时的时间。,54,五、链锁反应对着火反限的影响H2O2的反应存在高低着火界限，热着火理论难以解释。（燃烧学图7.30）用链锁反应解释（在H2+02）化学计量混合物中，临界压力的变化,55,（一）低压区，P小，气体扩散越快、链载体易与壁碰撞，链载体主要在器壁销毁。P小，w3,致使w3w2，系统位于非着火区。（二）较低压区，P，w2，致使w2w3，系统进入着火区。之间出现低限。（三）较高压区，P，活性链载体浓度，链载体主要因互相碰撞结合而销毁。所以，w3,致使W3W2，系统进入非着火区。,间出现高限。（四）高压区，P,产生新的链锁反应，导致w2，w2w3,系统进入第三限，间出现第3限。,56,第六节强迫着火,一、强迫着火的特征热源局部加热常温下的反应混合物，而在热源附近引发火焰，并迅速扩散。这种点火并引发火焰传播的过程为强迫着火（点燃或引燃）。热自燃与点燃（强迫着火）均具有热反应和链锁反应推动自身加热和自动催化的共同特征，燃烧本质相似，也都需要外部能量的激发，但着火方式有较大区别。,57,强迫着火的特征：可燃物预混气通常为常温，火源温度热自燃温度。由局部点火-火焰扩散整个混合物两阶段、过程比热自燃复杂。强迫着火除与自燃一样，也有点火温度，着火感应期，着火浓度极限，由于存在着火的两个阶段（点火、扩散），影响因素更复杂。除与可燃物化学性质，有关外；还与点火方法、能量、预混气体流动性质有关。,58,二、高温质点强迫着火（P138，图3-20图3-21）t=0,x=0,T=0,t=t1；从曲线a（惰气）、b（可燃气）中取，该图为稳态导热，假设质点温度不变。可燃气情况下，壁面边界层的温度变化由质点传热和化学反应所致。质点温度进一步、化学反应放热，壁面传热引起边界层温度增加的比例。,59,当质点温度T=Tc（临界质点温度）时，由壁面向反应混合物传热为0，X=0处，曲线斜率为0，向外界常温混气传热，由化学反应放热供给。，形成热屏障，边界层分别向质点和外界混气传热，温度最大值面逐步远离质点表面，对应的气体反应层（火焰）开始向未燃混气传播。,60,三、电火花引燃（一）概述着火热理论：电火花（高温热源）局部温升（导热、对流）达到着火点临界温度点燃火焰传播混气着火着火电理论：电火花电离形成活性中心链锁反应混气着火实验证明：低温电离为主；温度热作用为主着火两阶段：初始火焰形成：点火电极间隙，间隙内混气的混合比、压力、初温、流态及电火花能量等。初始火焰传播：传播区混气混合比，压力、温度、初温、流态等。,61,（二）最小点燃能当电极间隙内混合气压、温度、混合比一定时，为形成初始火焰中心，电极放电能量须大于一最小值。（三）电极熄火距离（P141，图3-23）ddq：存在电极引燃危险距离，d危，在电极距离大于或小于d危，最小引燃能增加，d危对应Emin最小。,62,（四）最小引燃能量的计算1、假设条件火花球形，Tmax=混气Tm，均匀，环境T火焰厚度内温度线性分布电极间距离足够大，忽略电级的熄火作用反应为二级反应。2、最小火球半径火球半径最小最小引燃能放热（混气反应）=散热（未燃混气）层流火焰前沿厚度，假定=Crmin（C为常数），（3-33、3-34、3-35）,63,3、最小引燃能量（3-47）（五）影响电火花引燃的主要因素（1）热容Cp，Emin，不易引燃（2）导热系数，Emin，不易引燃（3）燃烧热Hc大，Emin，易引燃（4）P，所以，P，所以Emin，不易引燃（5）T大Emin，易引燃（6）混气活化能E大，Emin，不易引燃,64,四、热气流（火焰）点火(燃烧学图7-22,P304)炽热燃烧物-点燃-可燃低温预混气体。再生火源及二次爆炸（距有一段距离的可燃预混气体的燃烧和爆炸）,65,第七节灭火分析,一、热理论灭火分析（一）简单开口系统假设：初温T，浓度f,快速反应绝热反应一级反应或单分子反应：,66,（二）热量平衡和质量平衡1热量平衡产热散热2、质量平衡反应物质反应物减少由上两式Tm系统绝热燃烧温度单分子反应，f1,67,（三）简单系统的放热与散热曲线及灭火分析1、产热与散热曲线(P148，图示326)（1）A稳定燃烧工况，A缓慢氧化工况；B不稳定工况：TE灭火点，Tc着火点，TE灭火对应初温TC着火对应初温。,68,（2）改变散热条件曲线的斜率变化(P149，图3-27)熄火滞后性：时系统仍稳定燃烧。只有时，系统灭火。即熄火要在比着火条件更差时才能发生。系统灭火要求的初温TE着火要求初温TC.,69,（3）改变混气密度，曲线下移，系统在状态时停止燃烧（P150，图328）,70,着火：系统由低水平稳定态（缓慢氧化态）高水平稳定态（燃烧态）熄火：系统由高水平稳定态（燃烧态）低水平稳定态（缓慢氧化态）过渡临界条件：初温T对着火影响大，对灭火影响小；混气浓度（或O2浓度）对熄火影响大，对着火影响小。,71,已着火系统灭火的措施：降低系统氧或可燃气浓度；降低系统环境温度；改善系统散热条件。评论：.措施必须使系统处于比着火更不利状态才能熄灭。即熄火滞后现象。.措施比对灭火更有效。.措施比对防止着火更有效。,72,二、链锁反应理论的灭火分析不着火或熄火条件：自由基增长速度自由基销毁速度。措施为：降低系统温度。因自由基增长是吸热分解过程，T其增速。增加自由基在器壁销毁