浓缩燃烧学.doc

第3章1.简述谢苗诺夫热自燃理论，并从理论上分析着火条件。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。理论分析（放热速度Q（1）- Q(2)=V CdT/dt2.在自由基链锁着火理论中，着火的条件是什么？基于该理论，灭火的措施有哪些？并说明这些措施的灭火作用机理。链分支速率大于链终断速度（注意：链分支速率等于链终断速度时不能引起着火）灭火作用机理：1） 降低系统温度，以减慢自由基增长速度（自由基增长的过程需要吸收能量，温度高自由基增长块，相反则增长慢 ）2）增加自由基在固相器壁销毁速度（二者相碰时自由基会将自己大部分能量传递给固体器壁，本身结合成稳定分子，加入惰性固体颗粒）3）增加自由基在气相中的销毁速度（自由基在气相中遇到稳定分子会将自己的大部分能量传递给它，自己结合成稳定分子，卤代烷灭火剂就是这个原理） 3. Frank-Kamenetski自燃理论：体系是否达到稳态温度分布就成为判断物质体系能否自燃的依据。 固体自燃临界准数cr仅仅取决于体系的外形。自燃准数与可燃物尺寸的平方成正比与温度的平方成反比。应用：利用此理论并辅以一定试验手段，可以研究各种物质体系发生自然的条件 借用此法我们可以通过小规模试验来确定大量堆积固体发生自燃的条件，为预防堆积固体自燃和确定自燃火灾的原因提供坚实的理论依据。4.下列现象或实验结果可用哪种着火理论解释？(1)可燃气体爆炸存在浓度极限；（谢苗诺夫）(2)可燃物燃烧或爆炸存在着火感应期；（谢苗+链式）(3)氢气/氧气体系有三个着火极限；（链式自然理论）(4)当可燃气体的压力低于某一极限压力时，不能燃烧或爆炸；（谢）(5)卤代烷有很好的灭火效能。（链式论）5.自由基链式理论解释H2/O2体系的三个爆炸极限：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（为主）速度加快,当压力下降到某一数值后，f g, 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（为主）速度加快,当压力身高到某一数值后，f g, 熄火距离；放电能量最小引燃能第四章1.预混可燃气燃烧波传播存在的两种方式：缓燃和爆震缓燃传播特点：依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播；传播速度一般不大于13m/s；传播稳定，条件一定，速度定。爆震（爆轰）传播机理：传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应的，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。传播速度很高，常大于1000m/s，超音速；传播过程也是稳定的。3. 火焰前沿（前锋、波前）：一层一层的混合气依次着火，薄薄的化学反应区开始由点燃的地方向未燃混合气传播，它使已燃区与未燃区之间形成了明显的分界线，称这层薄薄的化学反应发光区为火焰前沿。特点：试验表明，火焰前沿厚度相对与系统的特征尺寸来说是很薄的，模糊的。1）火焰前沿是一个很窄的区域，其宽度只有几百甚至几十微米，将易燃气体和未燃气体分开，并在这很窄的宽度内完成化学反应，热传导和物质扩散等过程；2）火焰前沿的宽度很小，但在此宽度内温度和浓度的变化很大，出现极大的温度梯度dT/dx和浓度梯度dC/dx，因而火焰中有强烈的热流和扩散流；3）热流的方向从高温火焰向低温新鲜混合气，而扩散流的方向则从高浓度向低浓度，新鲜混合气的分子、燃烧产物分子、游离基均扩散；4）化学反应速度很小，着火感应期很短4.影响层流预混火焰传播速度的主要因素：a燃料/氧化剂比值；b燃料结构；c压力；d混合物初始温度；e火焰温度；f惰性添加剂；活性添加剂。5.可燃气体爆炸参数及测量方法：1）爆炸压力： Pm：某种可燃气体在某一浓度的最大爆炸压力；2）爆炸最大压力：Pmax：某种可燃气体在一个大浓度范围内的最大爆炸压力3）升压速度：某种可燃气体在一浓度时的升压速度4）最大升压速度：某种可燃气体在一个大的浓度范围内的最大升压速度5）爆炸指数Km；6）最大爆炸指数Kmax：7）扰动指数tv（点燃延迟时间）：tv 开始注入空气可燃气体和启动点火源之间的时间间隔8）扰动指数Tu 测量方法：试验方法分为动静态可燃气体爆炸试验两种5. 爆炸极限主要影响因素：1）初始温度（爆炸性混合物初始温度越高，则爆炸极限范围越大）；2）初始压力（一般压力增大，爆炸极限增大，压力降低爆炸极限范围变小，压力降至临界压力以下则不爆炸，压力对爆炸上限的影响十分显著，但对下限影响较小）；3）惰性介质即杂质（上限影响大（混合物中含惰性气体的百分数增加，爆炸极限范围变小，提高到某一个值则不爆炸）；4）容器（材质和尺寸对爆炸都有影响，尺寸太小则不能发生爆炸（直径小，爆炸范围小）；5）点火能源（热表面的面积，火源与混合物的接触时间等对爆炸极限都有影响）6.爆轰的发生过程与本质：开始的燃烧波是正常的火焰传播，在正常火焰的影响下，温度升高，体积膨胀，压缩未燃气体，产生一系列的压缩波，向未燃气体传播，压缩波重叠在一起形成激波，激波后面的压力非常高，使未燃混气着火，正常火焰与激波引起的燃烧合二为一，激波后的已燃气体又连续的向前传递一系列的压缩波，并不断提供能量以阻止激波强度的衰减，从而形成爆轰。7.形成爆轰要具备条件：1）初始正常火焰传播能形成压缩扰动 2）管子要足够长或者自由空间的预混气体体积要足够大（压缩波形成激波是一个过程，所以要有一定的距离） 3）可燃气要浓度要处于爆轰极限范围内（4）管子直径大于爆轰临界直径（管子直径越小，火焰的热损失越大，自由基器壁销毁越严重，火焰传播速度越慢）。8.预防和控制可燃气体爆炸的方法：1）严格控制火源（2）防止预混可燃气体的产生（3）用惰性气体预防气体爆炸（4）用阻火装置防止爆炸传播（5）用爆轰抑制器抑制爆炸（6）用泄压装置保护设备，防止爆炸灾害的扩大，减少损失（7）用爆炸抑爆装置抑制爆炸。9. 阻火隔爆装置：安全水封、阻火器和单向阀。爆轰抑制器 消焰径（或消焰直径）是设计阻火器的重要参数。消焰径是指使混合气体着火时，不传播火焰的管路临界直径。通过金属网阻火器的火焰，由于与网面接触，火焰中的部分活性基团（自由基）失去活性而销毁，使链式自由基反应中止。10.湍流燃烧特点：火焰长度短，厚度较厚，发光区模糊，有明显噪音等。燃烧强化，反应率增大。比层流燃烧速度快的原因：（1）湍流可能使火焰面弯曲皱折，增大了反应面积。2）湍流增加热量和活性物质的输运速率，从而增大了垂直于火焰面的燃烧速度；3）湍流可以快速地混合已燃气和未燃新鲜可燃气，使火焰在本质上成为均混反应物，从而缩短混合时间，提高燃烧速度。11.气流速度和管子横截面积在扩散火焰中影响火焰的高度：随着流速（或Re数）的增加，焰锋高度几乎成线性增高，直达到最大值；此后，流速的增加将使火焰焰锋顶端变得不稳定，并开始颤动。随着流速进一步的提高，这种不稳定现象将逐步发展为带有噪音的湍流刷状火焰。由于湍流扩散，燃烧加快，迅速地使火焰的高度缩短。速度若再进一步提高，火焰的高度保持一个定值，但火焰的噪音却会继续增大，火焰的亮度亦会继续减弱。最后在某一速度下火焰会吹离喷管口。12. lmol可燃气完全燃烧所需氧气摩尔数越大，扩散火焰高度越高，环境中氧浓度越低，扩散火焰高度越高的原因：扩散层流火焰高度与氧和可燃气的化学当量比有关。第五章1.液体燃烧形式：按液体燃料蒸发与汽化的特点，可分为：1）液面燃烧（2）灯芯燃烧（3）蒸发燃烧（如液化石油气灶具）；4）雾化燃烧（液体燃烧主要形式）2.饱和蒸汽压：饱和蒸汽（单位时间从液体表面逸出的分子数等于返回液面的分子数，此时的蒸汽称为饱和蒸汽）所产生的压力。静蒸发：液体在容器中处于静止状态，液面空气（或其他气体）不流动时液体的蒸发动蒸发：液体在流动的气流中分散为细小的颗粒的蒸发。3.闪燃：T小，蒸发慢，蒸发浓度下限，点不着；T增大；在可燃液体的上方。蒸汽与空气的混合气体遇火源发生一闪即灭的瞬间燃烧现象。液体发生闪燃原因：其表面的温度不高，蒸发速度小于燃烧速度，蒸发来不急补充被烧掉的蒸汽，而仅能维持一瞬间的燃烧。消防意义：可为可燃液体火灾危险等级分类，甲类（闪点60,柴油65。4.有机液体的自燃点变化规律：1)同系物闪点随分子量增加而升高。2）同系物闪点随沸点的升高而升高，3）同系物闪点随比重的增大而升高。4）同系物闪点随蒸气压的降低而升高，5）同系物中正构体比异构体闪点高。它和碳原子数相同的异构体中，支链数增多，造成空间障碍增大使分子间距离变远，从而使分子间力变小，闪点下降。5.在相同条件下各组物质按自燃点从大到小排序：甲烷乙烷丙烷丁烷;异丁烷丙烯6.爆炸温度极限：根据蒸汽压理论，对特定的可燃液体，饱和蒸汽压与温度一一对应，蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限。用其分析火灾危险性：1）凡爆炸温度下限（t下）小于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均能发生爆炸；2）凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸； （3）凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其咆和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。 7.大气层压力对液体爆炸温度极限的影响：压力升高，闪点高，使爆炸温度上下限升高，反之则下降，这主要是因为总压力升高时，为使蒸汽浓度达到爆炸浓度极限，需要相应地增加蒸汽压力。8. K蒸发常数t时间9.油品的燃烧速度（取决于液体蒸发速度）与容器直径的关系：1当直径很小的时候，所以速度与直径近似成正比的关系。2当直径很大时，所以有速度与直径近似无关系。结合火焰向液体传热的机理（灭火）：外部与液体的热交换过程，泡沫灭火剂减少热流量，防止液体蒸发。 10.液体温度对液面火焰传播速度的影响：开始时可燃液体液面火的蔓延速度随初温的增高而加快;当温度超过某个值之后，液面火的蔓延速度趋于某个常数 。11.什么叫做热波，热波是如何形成的？什么叫做沸溢?什么叫做喷溅？分别简要说明沸溢和喷溅的形成条件和形成过程，并说明它们有什么相同点和不同之处?热波：在燃烧的过程中，火焰向液面传递的热量首先使低沸点的组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质部分，则携带在表面接受的热量向液体深层沉降，形成一个热的锋面向液体深层传播，逐渐深入并加热冷的液面，这一现象称为液体的热播特性，热的锋面。热波的形成：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。沸溢：在热波向液体深层运动时使油品中的乳化水汽化，蒸汽向上移动的过程中形成油包气的气泡（油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫），气泡上升，使液体体积膨胀，向外逸出，同时部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸汽膨胀力抛出罐外，使液面猛烈沸腾起来，在热波向液体深层运动时，就象“跑锅”一样，这种现象叫沸溢。 沸溢形成必须具备三个条件：1）原油具有形成热波的特性，即沸程宽，比重相差较大；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。喷溅：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，以至把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射。 12.油罐火灾发生喷溅发生的征兆：出现油面蠕动、涌涨现象；火焰增大、发亮、变白；出现油沫24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，火舌形似火箭第6章 1.可燃固体的燃烧形式：1）蒸发燃烧 如：蜡烛、硫、磷、钾、钠、沥青、樟脑，萘；2）表面燃烧 如： 可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）；3）分解燃烧如：木材、煤、塑料、橡胶等；4）熏烟燃烧（阴燃）如：只冒烟而无火焰的燃烧现象；5）动力燃烧（爆炸）如：燃粉尘爆炸 炸药爆炸 轰燃（回燃、回火）2.评定可燃固体物质火灾危险性的主要理化参数：1）熔点、闪点和燃点：熔点越低的可燃固体，闪点和燃点也越低，火灾危险性越大 ；2）热分解温度：可燃固体的热分解温度越低，燃点也越低，火灾危险性越大 ；3）自燃点 ：自燃点越低的固体，越容易燃烧，因而火灾危险性越大。4）比表面积：相同的可燃固体，比表面积越大，火灾危险性越大。 随着粉尘的比表面积增大，其爆炸下限降低，最小引爆能变小而最大爆炸压力增大。5)（极限）氧指数（LOI，OI)：刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积百分数。氧指数越小的高聚物，火灾危险性越大。 氧指数小于22的属易燃材料；氧指数在2227之间的属难燃材料；而氧指数大于27的属高难燃材料。 3.根据可燃固体表面的热量平衡情况分析可燃固体的引燃条件：如果S0，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高，为固体持续燃烧创造更好的条件；S=0固体能否被引燃的临界条件。注：S代表单位固体表面上净获热率4.说明高聚物、木材、煤炭、碳、金属的燃烧过程和特点。高聚物着火的过程分为受热软化熔融、热分解、着火燃烧等阶段，热塑料物质容易软化熔融高聚物燃烧的普遍性特点，可以概括为三个方面 ：1）发热量较高、燃烧速度较快；2）发烟量较大，影响能见度；3）燃烧产物的危害性大。窒息、毒害、腐蚀、由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高，因此在其燃烧（包括热分解）过程中发烟量较大。过程:在木材被加热过程中，若遇火源，会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃木材燃烧大体分为有焰燃烧和无焰燃烧两个阶段。有焰燃烧：木材热分解出的可燃气燃烧，约占整个木材重量的70；火焰温度高，燃烧时间短，火灾发展速度猛烈，是火灾发展中的有决定性意义的时期。木材有焰燃烧+无焰燃烧：在木材的有焰燃烧阶段，木材表面上生成的碳，虽然处在灼热的状态，但不燃烧。因为此时，分解产物的燃烧阻碍了氧气扩散到碳的表面上去。当析出的气体产物很少时，氧扩散到碳的表面，即有焰燃烧接近尾声时，碳才开始燃烧。无焰燃烧：两种形式燃烧同时进行若干时期以后，完全不析出可燃气时，才出现仅有碳的无火焰燃烧。煤历程 :首先煤颗粒被加热干燥，而后可燃性气体开始析出。在足够高的温度和供氧条件下，可燃性气体在颗粒周围着火燃烧，形成光亮的火焰；燃烧消耗的氧气来自周围空气，靠扩散作用进入火焰区，但不能到达颗粒表面，此时颗粒本身呈暗黑色，颗粒中心温度不超过600700 -分解燃烧可燃性气体一方面阻碍了颗粒本身的燃烧；另一方面可燃性气体在颗粒周围的燃烧对颗粒有强烈的加热作用；可燃性气体着火后，经过不长时间，火焰逐渐缩短，直至消失，这表明可燃性气体已基本燃烧完毕；然后煤颗粒表面开始燃烧、发亮，其温度逐渐升高，达到最高值（一般为1100）-表面燃烧（无焰燃烧） 碳在空气中燃烧是一多相燃烧过程，分为五个阶段：氧气扩散到固体燃料表面；扩散到固体表面的气体须被固体表面所吸附；吸附的气体和固体表面进行化学反应，形成吸附后的生成物；吸附后的生成物从固体表面上解吸； 解吸后的气体生成物扩散离开固体表面。 5.几种固体表面火焰传播的情形中，火焰传播的速度:(l) 水平传播；(2) 竖直向上传播；(3) 竖直向下传播。蔓延速度：火向上蔓延 水平蔓延 火向下蔓延6.阴燃：在规定的试验条件下，物质发生的持续，有烟，无焰的燃烧现象。内部：受热分解后能产生刚性结构的多孔碳，从而具备多孔并使燃烧持续下去的条件外部环境：空气不流通；如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃。 一个供热强度适宜的热源，供热强度过小，固体无法着火；供热强度过大，固体将发生有焰燃烧。7.在火场上对于室内正在阴燃的房间，不应突然打开门窗灭火的原因：新鲜空气进入后，在空间内形成可燃性混合气体，进而发生有焰燃烧，也有可能导致轰然。8.金属燃烧普遍特征：1）燃烧难易程度与比表面积关系极大 （2）燃烧热值大，燃烧温度高（3）高温燃烧的金属性质活泼，金属处在燃烧状态时，由于温度很高，性质比较活泼，可以与二氧化碳、卤素及其化合物、氮气、水等发生反应，使燃烧更加强（4）某些金属燃烧时火焰具有特征颜色。9.火炸药按照用途分类：（1）起爆药如雷汞、叠氮化铅。其主要特点是感度高；2）猛炸药如锑恩锑、黑索金。具有较高的威力和猛度；3）发射药如黑火药、无烟火药等。在密闭、半密闭的环境中能产生高温高压。10.炸药的感度：炸药在外界能量的作用下发生爆炸的难易程度。（热感度，机械感度，爆炸感度）炸药的威力是指炸药爆炸时做功的能力。炸药的猛度是指炸药爆炸时粉碎与直接接触物体或介质的能力。11.氧平衡：指炸药中的氧与炸药中的碳，氢完全燃烧所需的氧平衡之间的关系. 正氧平衡：含氧量除共给全部碳和氢氧化外还有剩余（燃烧安全，但有氧化氮存在）零氧平衡：恰好全部氧化（爆炸放出能量多，且做功能力大）.负氧平衡：含氧量不足（爆炸不安全，产生毒气少）12. 炸药的殉爆：一装药爆炸后能引起与其相隔一定距离的另一个炸药爆炸的现象。影响因素：1）主炸药爆炸产物的冲击作用；2）主炸药爆炸时所抛出物体的冲击作用3）火焰作用。注：在实际爆炸过程中往往是以上两种或者两种以上的作用共