燃烧学—第5章1

1、燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系1燃烧学 燃烧学燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系2第5章 可燃液体的燃烧 5.1 液体燃料的燃烧特点液体燃料的燃烧特点 5.2 液体蒸发液体蒸发 5.3 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限 5.4 液滴的蒸发和燃烧液滴的蒸发和燃烧 5.5 液态可燃物的火灾蔓延液态可燃物的火灾蔓延 5.6 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3第第5 5章章 可燃液体的燃烧可燃液体的燃烧 5.15.1液体燃料的燃烧特点液体燃料的燃烧特点v 根据液体燃料蒸发与汽化的特点，

2、可将其燃烧形式分为根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将其燃烧形式分为 液面燃烧液面燃烧 灯芯燃烧灯芯燃烧 蒸发燃烧（如液化石油气灶具）蒸发燃烧（如液化石油气灶具） 雾化燃烧雾化燃烧v 液体的蒸发过程是液体燃烧的决定步骤液体的蒸发过程是液体燃烧的决定步骤 5.25.2液体蒸发液体蒸发v 蒸发（在液体表面进行）蒸发（在液体表面进行）v 沸腾（在液体表面和内部同时汽化，快速蒸发）沸腾（在液体表面和内部同时汽化，快速蒸发）v 饱和蒸汽压饱和蒸汽压PSPs燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系4200180160140120100806040200-10 0 40 80 120 1

3、60 200 240 1 2 3 4 5 6 7 81（C2H5）2O；2CH3OH；3C6H5OH；4C6H6；5H2O；6n-C7H16；7C6H5Cl；8C6H5I温度/饱和蒸气压ps（kPa）图5-1 某些液体的饱和蒸气压与温度的关系燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系5 5.2.2 5.2.2 蒸发的动力学基础蒸发的动力学基础v 蒸发的形式：静蒸发和动蒸发蒸发的形式：静蒸发和动蒸发v 液体的蒸发实际上包括三个过程：液体的蒸发实际上包括三个过程： 气化过程气化过程液体分子从液面逸出成为蒸气分子；液体分子从液面逸出成为蒸气分子； 扩散过程扩散过程逸出的蒸气分子在

4、气相介质中分散开来；逸出的蒸气分子在气相介质中分散开来； 凝结过程凝结过程部分逸出的蒸气分子经碰撞后重新被液面吸收。部分逸出的蒸气分子经碰撞后重新被液面吸收。v 液体分子蒸发的条件液体分子蒸发的条件 m m表示液体分子的质量，表示液体分子的质量，u ux x表示垂直于液面的表示垂直于液面的x x轴上分子运动的速度轴上分子运动的速度分量（即法向分量），分量（即法向分量），为液体分子逸出表面层所作的功，则可以为液体分子逸出表面层所作的功，则可以看出，液体分子蒸发时必须满足下列条件看出，液体分子蒸发时必须满足下列条件： mumuxx2 22或燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工

5、程系6v 自由蒸发：当蒸汽压为零时液体的蒸发自由蒸发：当蒸汽压为零时液体的蒸发v 在自由蒸发时，液体分子蒸发的速度，即每秒内自每平方厘在自由蒸发时，液体分子蒸发的速度，即每秒内自每平方厘米液面上蒸发出去的分子数米液面上蒸发出去的分子数n0应为应为 N阿佛加得罗常数；阿佛加得罗常数； 液体的比体积（单位质量的体积）；液体的比体积（单位质量的体积）； 液体的摩尔质量；液体的摩尔质量； R气体常数；气体常数； li每摩尔液体的蒸发潜热；每摩尔液体的蒸发潜热； T绝对温度，绝对温度，K。RTlieNn2102RT燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7在自由蒸发时，单位时间内自

6、单位面积上蒸发出的液体质量在自由蒸发时，单位时间内自单位面积上蒸发出的液体质量w w应为应为RTlRTliieeNnw212102RT2RT1假设在液体表面每立方厘米气相层中有假设在液体表面每立方厘米气相层中有C C0 0个蒸气分子，则单位个蒸气分子，则单位时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子撞击次数为时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子撞击次数为Z Z。 2102RTjCZ假定在每假定在每次撞击中有一次被吸回液面，则在单位时间内每平方次撞击中有一次被吸回液面，则在单位时间内每平方厘米表面上被吸回液面的分子数为厘米表面上被吸回液面的分子数为21002RTjCn（5-35-3）燃烧学燃烧学-

7、第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系8在饱和状态下，此时，在液体表面每立方厘米气相层中有在饱和状态下，此时，在液体表面每立方厘米气相层中有CS个蒸气分子个蒸气分子21002RTjCnns可以得出可以得出 RTlsiejNC或或RTlsiejCN1在在不饱和情况下不饱和情况下，单位时间内在液体表面层每平方厘米表面，单位时间内在液体表面层每平方厘米表面内蒸发出去的分子数内蒸发出去的分子数n n，此时，此时 jCeNTRnnnRTli021002sRTlCCTReNni02112燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系9写成蒸气压形式：写成蒸气压形式：sRTlPPT

8、ReNni1221蒸发速度蒸发速度 sRTlPPeTRwi1221在液体温度一定的条件下，公式中在液体温度一定的条件下，公式中、R R、T T、及、及l li i均为常数，均为常数， PPPwPPwwsss001在一定温度下液体的饱和蒸气压是不变的在一定温度下液体的饱和蒸气压是不变的 PPAws液体蒸发的基本定律液体蒸发的基本定律-道尔顿蒸发定律道尔顿蒸发定律燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系10 5.2.35.2.3静蒸发静蒸发v 静蒸发静蒸发 PPAws常数常数A A实际上与外界压力（液面气体总压力）实际上与外界压力（液面气体总压力） P P外外成反比，用公式表

9、示之为成反比，用公式表示之为PPs外PAw 单位时间内的总蒸发量总是与液体蒸发的表面积成正比，而与液体的质单位时间内的总蒸发量总是与液体蒸发的表面积成正比，而与液体的质量无关，用公式表示之为量无关，用公式表示之为 PPs外PSAw 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系11表表5-1 汽油蒸发量受空气压、空气温度和蒸发表面的影响汽油蒸发量受空气压、空气温度和蒸发表面的影响空气压力空气压力/kPa4小时内汽油蒸发量小时内汽油蒸发量/%空气温度空气温度0空气温度空气温度20蒸发表面蒸发表面0.5cm2蒸发表面蒸发表面25cm2蒸发表面蒸发表面0.5cm2蒸发表面蒸发表面25

10、cm2100.00.161.480.613.1866.70.491.501.033.5333.30.661.801.123.65燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12 5.2.4 5.2.4 动蒸发动蒸发v 动蒸发：动蒸发：液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发称为液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发称为动蒸发动蒸发 v 评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中的蒸发损失的倾向，评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中的蒸发损失的倾向，应采用标准方法应采用标准方法SHSHT0235T0235。 图图5-2 5-2 液体燃料蒸发损失测定仪器液体燃料蒸发损失测定仪器液体试样液体试

11、样燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系13测定时将油样测定时将油样l0mLl0mL注入特制试管并称量其质量，在温度为注入特制试管并称量其质量，在温度为2020的恒温水浴的恒温水浴中放置中放置5min5min后，将试管与空气计量器连通，提高压力瓶至上面位置，控制气后，将试管与空气计量器连通，提高压力瓶至上面位置，控制气流速度，使空气流速度，使空气l00mLl00mL强烈吹入试油，最后称量试油质量，计算为该油的蒸强烈吹入试油，最后称量试油质量，计算为该油的蒸发损失的质量百分比。发损失的质量百分比。 表表5-2 液体燃料蒸发损失评定结果液体燃料蒸发损失评定结果燃料名称燃料名

12、称蒸发损失蒸发损失/燃料名称燃料名称蒸发损失蒸发损失/异戊烷异戊烷15.6B-92航空汽油航空汽油0.60A-66车用汽油车用汽油2.2苯苯0.41B-100/130航空汽航空汽油油1.4精馏酒精精馏酒精0.11A-66直馏汽油直馏汽油1.3柴油柴油0.066B-95/115航空汽油航空汽油1.0 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系14 影响动蒸发的因素：影响动蒸发的因素： v （1 1）液体性质）液体性质 如液体燃料的沸点和蒸气压，蒸气的扩散系数，液体的蒸发潜热、如液体燃料的沸点和蒸气压，蒸气的扩散系数，液体的蒸发潜热、粘度和表面张力等。粘度和表面张力等。v （2

13、 2）环境因素，）环境因素， 周围空气的温度和压力、空气流动速度、周围空气的温度和压力、空气流动速度、 与蒸发表面有关的燃料雾化程度和分散情况（液体分散的颗粒大与蒸发表面有关的燃料雾化程度和分散情况（液体分散的颗粒大小与数量）以及喷嘴的构造和喷油压力等。小与数量）以及喷嘴的构造和喷油压力等。v 具体因素如下：具体因素如下：燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系15（1 1）燃料的沸点和饱和蒸气压）燃料的沸点和饱和蒸气压图图5-3 5-3 烃的碳原子数和沸点的关系烃的碳原子数和沸点的关系1 1环烷烃；环烷烃；2 2芳香烃；芳香烃；3 3正烷烃；正烷烃；4 4烯烯烃；烃；5

14、 5异构烷烃异构烷烃燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系16表表5-3 不同碳原子分子的沸点和蒸气压不同碳原子分子的沸点和蒸气压名称名称分子式分子式沸点沸点/60时的饱和蒸气时的饱和蒸气压压甲苯甲苯C6H5CH3110.618.5乙基环戊烷乙基环戊烷C5H9C2H5103.524.3甲基环己烷甲基环己烷C6H11CH3100.927.0正庚烷正庚烷C7H1698.428.0正庚烯正庚烯C7H1493.633.22-甲基己烷甲基己烷C6H13CH390.137.52，2-二甲基戊烷二甲基戊烷C5H10（CH3）279.254.7乙苯乙苯C6H5C2H5136.27.4乙

15、基环己烷乙基环己烷C6H11C2H5131.89.2正辛烷正辛烷C8H18125.710.51-正辛烷正辛烷C8H16121.312.42，2，4-三甲基戊三甲基戊烷烷C5H9（CH3）399.232.2燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系17表表5-4 几种常见燃料的沸点范围几种常见燃料的沸点范围液体燃料液体燃料沸点范围沸点范围/液体燃料液体燃料航空汽油（航空汽油（79号、号、95号）号）40180轻柴油（轻柴油（-35号，专用及号，专用及直馏）直馏）180350车用汽油车用汽油35205燃料油（重油）燃料油（重油）300以上以上航空煤油（航空煤油（1号、号、2号）

16、号）150250石油醚石油醚30号号3060鱼雷燃料鱼雷燃料160250石油醚石油醚60号号609灯用煤油灯用煤油200300酒精（工业纯乙醇酒精（工业纯乙醇95.6）78轻柴油（一般）轻柴油（一般）200365 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系18克劳修斯克劳修斯克拉佩龙克拉佩龙12VVTHdTdp211211lnTTRHppCRTLPV0ln0303. 2lgCRTLPV式中式中H H为液体的蒸发潜热，为液体的蒸发潜热，V V1 1为为1mol1mol该物质的液相容积，该物质的液相容积，V V2 2为气相为气相容积。容积。V V1 1远远小于远远小于V V2

17、2（即：（即：V V2 2V V1 1VV2 2）则上述方程经积分后可得）则上述方程经积分后可得燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系19表表5-5 几种常见有机化合物的几种常见有机化合物的LV和和C值。值。化合物化合物分子式分子式LV蒸发蒸发(J/mol)C温度范围温度范围()正正-戊烷戊烷n-C5H12275679.6116-77191甲苯甲苯C6H5CH3358669.8443-2831正正-癸烷癸烷n-C10H224561210.373017173甲醇甲醇CH3OH3753110.7647-44224乙醇乙醇C2H5OH4043610.9523-31242苯苯n

18、-C6H634.0529.9586-37290燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系20安顿（安顿（AnloineAnloine）方程）方程 ctbaplg在一般压力下的正戊烷，安顿方程为在一般压力下的正戊烷，安顿方程为 1 .2978 .10759862. 5lgtp图图5-4 5-4 液体燃料的蒸气压与温度的关系液体燃料的蒸气压与温度的关系1 1航空汽油；航空汽油；2 2航空煤油；航空煤油；3 3车用汽油；车用汽油；4 4裂化汽裂化汽油；油；5 5轻煤油；轻煤油；6 6重煤油重煤油燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系21（2 2）扩散系数）

19、扩散系数 单位时间内通过垂直于扩散途径单位截面积的蒸气量称为扩散速率。单位时间内通过垂直于扩散途径单位截面积的蒸气量称为扩散速率。 dxdcDw蒸气扩散（蒸气扩散（D D）与周围介质的温度（）与周围介质的温度（T T）和压力（）和压力（P P）有如下关系：）有如下关系：PPTTDDm000燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系22表表5-6 液体燃料在不同温度下的扩散系数液体燃料在不同温度下的扩散系数液体燃料液体燃料扩散系数扩散系数D/（cm2/s）0152030正己烷正己烷0.0755正庚烷正庚烷0.0737苯苯0.0770.0850.0880.095甲苯甲苯0.07

20、00.080邻二甲苯邻二甲苯0.062间二甲苯间二甲苯0.059对二甲苯对二甲苯0.056乙苯乙苯0.065航空汽油航空汽油0.0790.0900.0930.101裂化汽油裂化汽油0.0900.100 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系23表表5-7 压力对燃料蒸气扩散系数的影响压力对燃料蒸气扩散系数的影响燃料燃料15时的扩散系数时的扩散系数/（cm2/s）101.3kPa5065kPa航空汽油航空汽油0.0900.00198乙醚乙醚0.1100.00242苯苯0.0850.00187燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系24 （3 3）蒸发

21、潜热）蒸发潜热v 蒸发潜热（蒸发潜热（摩尔摩尔蒸发热蒸发热H H）与该液体的沸点（绝对温度）与该液体的沸点（绝对温度T Tb b）成）成正比，即正比，即 v 石油产品的蒸发潜热经验公式计算石油产品的蒸发潜热经验公式计算：式中式中H蒸发潜热，蒸发潜热，kJ/kg； d15时燃料的密度；时燃料的密度； t燃料的平均沸点，即平均分子沸点，燃料的平均沸点，即平均分子沸点，。)(常数KTHbtdH376. 02511燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系25该燃料的平均体积沸点该燃料的平均体积沸点t t体体（），）， 9t902010ttt体式中式中t t1010，t t9090

22、分别表示蒸出体积分别表示蒸出体积1010，9090时的温度（时的温度（） 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系26表表5-8 5-8 温度对烃类蒸发潜热的影响温度对烃类蒸发潜热的影响燃料燃料沸点沸点/蒸发潜热蒸发潜热/（kJ/kg）020406080100正戊正戊烷烷36.0391368355334316292正己正己烷烷68.5380367351337325306正庚正庚烷烷98.3376367358346332316正辛正辛烷烷125.2374362348337323311苯苯80.1447434421408394379 燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源

23、学院安全与消防工程系27 （4 4）粘度）粘度v 表示液体流动时，两个平行液层之间发生相对运动的摩擦阻表示液体流动时，两个平行液层之间发生相对运动的摩擦阻力大小的指标，也就是液体的内摩擦系数力大小的指标，也就是液体的内摩擦系数 v 如用如用F F表示两液层作相对运动时摩擦力的大小。表示两液层作相对运动时摩擦力的大小。S S表示摩擦面表示摩擦面的面积，的面积， 表示两液层之间的速度梯度，表示两液层之间的速度梯度，表示表示 摩擦系摩擦系数（粘度）则有下列关系：数（粘度）则有下列关系： v 在动蒸发条件下，液体燃料通常先雾化为细小的液体颗粒，在动蒸发条件下，液体燃料通常先雾化为细小的液体颗粒，然后迅速蒸发。燃料的粘度对燃料雾化的质量有很大的影响然后迅速蒸发。燃料的粘度对燃料雾化的质量有很大的影响v 液体燃料的粘度取决于燃料的化学成分和外界的湿度、压力液体燃料的粘度取决于燃料的化学成分和外界的湿度、压力 dxdvdxdvSF燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系28图5-7 烃类粘度与沸点的关系燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系29液体粘度和温度的关系一般可用下式表示：液体粘度和温度的关系一般可用下式表示：RTEceBTAlg燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院