燃烧学考试题

一 请解释下面的基本概念 1 燃烧 是指可燃物跟助燃物 氧化剂 发生的剧烈的一种发光 发热的氧化反应 4 显光火焰的热损失机理 5 烟囱效应 这种垂直的围护物中 由于气体对流对流 促使烟尘和热气流向上流动的 效应 称为 烟囱效应 6 引燃 引燃又称为强迫着火或点燃 是指由于从外部能源 如电热线圈 电火花 炽 热质点 点火火焰等 得到能量 使混气局部范围受到强烈加热而着火 8 燃烧速度 单位容积内 单位时间完全燃烧掉的燃料量 9 通风因子 A 为通风口的面积 m2 H 为通风口自身的高度 m 基本参数 A 成为 通风因子 10 空气消耗系数 烧所消耗的实际空气量与理论空气量之比定义为空气消耗系数将可燃 物 完全燃烧 11 燃烧热 燃烧反应中可燃物与助燃物作用生成稳定产物时的反应热称为燃烧热 12 热值 热值是指单位质量 或体积 的燃料完全燃烧时所放出的热量 14 自燃 可燃物在没有外部火花 火焰等火源的作用下 因受热或自身发热并蓄热所产 生的自然燃烧 称为自燃 15 斯蒂芬流 在燃烧问题中 高温气流与其相邻的液体或固体物质之间存在着一个相分界 面 16 火焰传播机理 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 17 粉尘爆炸 可燃物质呈粉状或雾状而飞散在空气中遇火源而发生的爆炸称为粉尘爆炸 18 阴燃 只冒烟而无火焰的燃烧现象 19 闪点 在规定的实验条件下 液体表面能够产生闪燃的最低温度称为闪点 20 可燃液体爆炸温度极限 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 21 反应速率 指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加 24 异相燃烧 液体或固体燃料和气态氧化剂的燃烧 25 理论火焰温度 1 可燃物与空气按化学计量比配比 2 完全燃烧 3 绝热等压燃烧 4 燃烧的初始温度是 298K 25 在以上规定的条件的基础上计算出的燃烧温度 称为定压绝热火焰温度 或称理论燃烧 温度 二 简答题 2 为什么说 Arrhenius 定律的结论与分子碰撞理论对化学反应速度的解释是一致的 3 什么叫链反应 它是怎样分类的 链反应一般可以分为几个阶段 通过在反应过程中交替和重复产生的活性中间体 自由基或自由原子 而使反应持续进行的 一类化学反应 直链反应 直链反应在链传递过程中每消耗一个自由基的同时又生成一个自由基 直 至链 终止 在整个链传递过程中 自由基数目始终保持不变 在链传递过程中 自由基数目保持 不变的反应称直链反应 2 支链反应 支链反应 就是指一个自由基在链传递的过程中 生 成最终产物的同 时产生两个或两个以上的自由基 自由基的数目在反应过程中是随时间增加 的 因此反应速率是加速的 链锁反应一般由三个步骤组成 链引发 链传递 链终止 5 高热值和低热值的区别和转换方法 高热值 higher calorific value 和低热值 lower calorific value 之分 高热值 QH 是指可 燃物中的水和氢燃烧生成的水以液态形式存在时的热值 而低热值 QL 是指 可燃物中水 和氢燃烧生成的水以气态形式存在时的热值 6 9H W 4 18 6 不同状态物质的燃烧过程如何 7 Stefen 流问题的概念 产生 Stefen 流的条件是什么 在燃烧问题中 高温气流与其相邻的液体或固体物质之间存在着一个相分界面 了解相分界 面处物质传递的情况 对于正确地写出边界条件 正确地研究各种边界条件下的燃烧问题是 十分重要的 在燃烧物体中 在相分界面处存在着法向流动 这与单组分流体力学问题是不 相同的 通常单组分粘性流体在流过惰性表面时 如果气压不是很低 则在表面处将形成一 层附面层 边界层 但是多组分流体在一定条件 相分界面发生物理或化学过程等 下 在界面处将形成一定的浓度梯度 因而可能形成各组分法向的扩散物质流 如果相分界面上 有物理或化学过程存在 那么这种物理或化学过程也会产生或消耗一定的质量流 于是在物 理或化学过程作用下 表面处又会产生一个与扩散物质流有关的法向总物质流 这个总物质 流是由表面本身因素造成的 这一现象是斯蒂芬流在研究水面蒸发时发现的 因此称为斯蒂 芬流 2 斯蒂芬流产生的条件是在相分界面处既有扩散现象存在 又有物理 或 和化学过程存在 这两个条件缺一不可的 8 试分析堆积固体自燃火灾起火的原因 热自燃理论认为 着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果 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 发生自燃 相反 如果散热因素占优势 体 系温度下降 不能自燃 9 试给出液体引燃着火的条件 并加以解释 10 试给出固体引燃着火条件 并加以解释 11 电火花点火机理 电火花点火机理 关于电火花点火的机理有两种理论 一种是着火的热理论 它是把电火花 看作为一个外加的高温热源 由于它的存在使靠近它的局部混合气体温度升高 由于导热和对 流作用 以致达到着火临界工况而被点燃 然后再靠火焰传播使整个容器内混合气体着火燃 烧 另一种是着火的电理论 它认为混合气的着火是由于靠近火花部分的气体被电离而形成 活性中心 提供了进行链锁反应的条件 由于链锁反应的结果使混合气燃烧起来 12 给出两种不同的热自燃理论 并说明其应用范围 在 Semenov 自燃理论中 假定体系内部各点温度相等 谢苗诺夫自燃理论的应用场合 气体混合物 对于气体混合物 由于温度不同的各部分之间对流混合 可以 认为体系内部温度均一 毕渥数 Bi 较小的堆积固体物质 对于 Bi 数较小的堆积固体物质 也可认为物体内部温度大致相等 但当 Bi 数较大时 Bi 10 体系内部各点温度相差较大 在这种情况下 该自燃理论中温度均一的假设显然不成立 F K 自燃模型考虑到了大 Bi 数条件下物质体系内部温度分布的不均匀性 13 何谓闪燃 可燃液体为什么会发生闪燃现象 研究闪燃在消防工作有什么重要意义 闪燃 这种在可燃液体上方 蒸气与空气的混合气体遇火源发生的一闪即灭的燃烧现象即称 之为闪燃 液体温度较低时 由于蒸发速度很慢 液面上方蒸气浓度小于爆炸下限 蒸气与空气混合物 与火源是点不着的 随着温度的升高 蒸气浓度增大达到爆炸下限时 蒸气与空气的混合物与火源就能闪出火花 但随即熄灭 闪点在消防安全管理中的重要意义 可燃液体火灾危险等级分类 甲类液体火灾 闪点小于 28 代表液体 汽油 38 乙类液体火灾 闪点在 28 60 代表液体 煤油 40 丙类液体火灾 闪点大于 60 代表液体 柴油 65 14 何谓液体的爆炸温度极限 分析说明可燃液体存在爆炸温度极限的原因 15 如何用爆炸温度极限判断可燃液体的蒸汽在室温条件下爆炸的危险性 三 论述题 Semonov 自燃理论的基础是什么 该理论的主要内容是什么 任何反应体系中的可燃混气 一方面它会进行缓慢氧化而放出热量 使体系温度升高 同时 体系又会通过器壁向外散热 使体系温度下降 热自燃理论认为 着火是反应放热因素与散 热因素相互作用的结果 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 发生自燃 相反 如果散热因素占优势 体系温度下降 不能自燃 试用两种着火理论解释阻火器的阻火机理 3 论述炸药的爆炸机理 炸药是能够发生自身燃烧反应的物质 其自身含有可燃元素 C H 和助燃元素 O 一旦炸药得 到了发火的能量 原来的分子结构就破坏了 氧元素就与 C H 等元素相化合 生成气体 这 种变化无需外界氧元素参加 因而叫自身燃烧反应 4 粉尘爆炸的条件是什么 满足这些条件的粉尘为什么会发生爆炸 1 粉尘本身是可燃的 2 粉尘以一定浓度悬浮在空气中 3 存在足以引起粉尘爆炸的火源 具备上述条件的粉尘之所以能爆炸 是因为粉尘悬浮在空气中形成了一个高度分散体系 分 散相的粉尘分散度较大 因而表面积极大的增大 必然具有巨大的表面能 体现为吸附性和活 性 同时分散度的增加使粉尘粒子与空气中氧之间的界面加氧气的供给更加充足 所以反应 速度也大为加快 粉尘的分散度增加 必然起导热性差 热容减少 因而引起体系的局部变 热 以致引起危险性的爆炸 同时 分散度大 加快了反应速度 释放出很大的热量 促使 爆炸蔓延 6 论述理论燃烧温度的近似计算过程 并给计算式 7 高层建筑火灾的特点 一 火势蔓延快 途径多 二 疏散困难 伤亡严重 三 扑救难度大 四 依然合成材料多 燃烧猛烈 8 矿井火灾的特点 生过程缓慢 供氧有限 9 利用所学知识分析我国煤矿瓦斯事故 瓦斯爆炸 频发的原因 10 在热着火理论中 存在哪些自燃着火极限 这些自燃着火极限是如何得出的 结合图示 说明 一 浓度极限 存在着火浓度下限 L 和上限 U 如果混合物太贫燃或太富燃 则不管温度多 高都不会着火 二 温度极限 由图 4 5 可以看出 在压力保持不变的条件下 降低温度 两个浓度极限相 互靠近 使着火范围变窄 当温度低至某一临界值时 两极限合二为一 再降低 温度 任何比例的混合气均不能着火 这一临界温度值就称为该压力下的自燃温 度极限 三 压力极限 由图 4 6 可以看出 在温度保持不变的条件下 降低压力 两个浓度极限相 互靠近 使着火范围变窄 再降低压力 任何比例的混合气均不能自燃 这一临 界压力就称为该温度下的自燃压力极限 很显然 不同的混合气体 其浓度极限 温度极限和压力极限是不相同的 图 4 5 临界温度曲线 图 4 6临界压力曲线 四 计算题 利用集总参数法估算薄片状固体 Bi hL K 数较小 如窗帘 幕布之类的引燃时间 例 7 2 一块厚度为 0 8mm 的幕布 密度 热容及其与周围空气的对流换热 系数分别为 0 3 g m3 1 2 KJ kg K 15 W m2 初始温度 20 燃点 260 求幕布悬挂在 300 的热空气中时的引燃时间 如果该幕布一面受热通量为 20 kW m2 辐射加热 两面均有散热损失 幕布吸收系数为 0 8 时的引燃时间为多 少 答案 利用公式 7 4 求得时间约为 19s 利用公式 7 8 求得时间约为 6s 2 可燃液体