可燃气体燃烧

1、燃烧学气体燃烧燃烧学气体的燃烧形式1气体的燃烧过程气体的燃烧速度气体的特性气体的特性燃烧学扩散性：扩散性：不同气体以任意比例不同气体以任意比例相混合，均能充满任何容器，并对相混合，均能充满任何容器，并对容器壁产生压强。容器壁产生压强。由于气体分子无规则运动使各由于气体分子无规则运动使各组分相互混合，浓度趋向于一致。组分相互混合，浓度趋向于一致。燃烧学某一组分的扩散量与单位距离上其浓度的变化量（浓度梯某一组分的扩散量与单位距离上其浓度的变化量（浓度梯度）成正比，改组分浓度梯度越大的地方，扩散量越大，扩散度）成正比，改组分浓度梯度越大的地方，扩散量越大，扩散速度越快。速度越快。同温同同温同压压下，

2、气体的扩散速度与其密度的平方根成反比，下，气体的扩散速度与其密度的平方根成反比，即即ii1v燃烧学由于由于故故相同条件下，气体的密度或摩尔质量越小，其扩散速度越相同条件下，气体的密度或摩尔质量越小，其扩散速度越快，在空气中达到爆炸极限浓度所需时间就越短。快，在空气中达到爆炸极限浓度所需时间就越短。BABAMMABABBAMMvv【例例】试比较乙炔（试比较乙炔（C2H2）和氢气（）和氢气（H2）泄露后的扩散速）泄露后的扩散速度（假设容器内气体压力、温度相同）。度（假设容器内气体压力、温度相同）。燃烧学解：将乙炔和氢气的摩尔质量代入公式，得解：将乙炔和氢气的摩尔质量代入公式，得3.6226MMvv

3、222222HHCHCH燃烧学可压缩可压缩性和液化性：性和液化性：气体在气体在一定温度和压力条件下可以被压缩一定温度和压力条件下可以被压缩成液态。温度不变时，气体的体积成液态。温度不变时，气体的体积和压力成反比。和压力成反比。由由于气体具有可压缩性，所以于气体具有可压缩性，所以气体通常以压缩或液化状态存储。气体通常以压缩或液化状态存储。燃烧学气体压缩成液态有一个极限压力和极限温度，若超过一定温气体压缩成液态有一个极限压力和极限温度，若超过一定温度，无论施加多大的压力都不可能使其液化，这一温度称为度，无论施加多大的压力都不可能使其液化，这一温度称为临界临界温度温度，即加压后使气体液化时所允许的最

4、高温度。，即加压后使气体液化时所允许的最高温度。临界温度时液化所需要的压力叫临界温度时液化所需要的压力叫临临界压界压力力，即临界温度时使，即临界温度时使气体液化所需的最小压力。气体液化所需的最小压力。燃烧学临界温度较高临界温度较高的气体，在的气体，在常温常压常温常压下（低于其临界温度）加下（低于其临界温度）加压液化，如氨、氯气、二氧化碳等。压液化，如氨、氯气、二氧化碳等。临界温临界温度较低度较低的的气体气体，需经压缩并冷却到一定温度以下需经压缩并冷却到一定温度以下才能才能液化，如氧气、氮气、一氧液化，如氧气、氮气、一氧化碳等。化碳等。临界温临界温度很低度很低的的气体气体，需经压缩并冷需经压缩并

5、冷却接近到绝对零度（却接近到绝对零度（-273.16）的低温）的低温才才能液化能液化，如氦气、氢气。，如氦气、氢气。燃烧学部分气体的临界温度和临界压力部分气体的临界温度和临界压力物质名称物质名称HeH2N2COO2CH4CO2NH3Cl2临界温度临界温度/-267.9 -239.9 -147.1 -138.7 -118.8-8231.1132.4144临界压力临界压力/kPa233129733943506503646417326112777700燃烧学受热膨胀性：受热膨胀性：气体受热后体积气体受热后体积会膨胀。因此，盛装压缩气体或液会膨胀。因此，盛装压缩气体或液化气的容器，若受高温、撞击等作化

6、气的容器，若受高温、撞击等作用，会产生很大的压力，一旦超过用，会产生很大的压力，一旦超过容器的耐压强度，就会引起容器的容器的耐压强度，就会引起容器的膨胀甚至爆炸，造成火灾事故。膨胀甚至爆炸，造成火灾事故。【思考思考】将充满气的气球放进液氮里会有什么现象？将充满气的气球放进液氮里会有什么现象？燃烧过程燃烧过程燃烧学可燃气体的燃烧，必须经过与氧化剂的接触、可燃气体的燃烧，必须经过与氧化剂的接触、物理物理混合阶段混合阶段和着火（爆炸）的剧烈氧化还原反应阶段。和着火（爆炸）的剧烈氧化还原反应阶段。通常情况下，可燃气体的燃烧过程为：通常情况下，可燃气体的燃烧过程为： 氧化剂氧化剂 火源火源 扩散扩散 断

7、键、活化断键、活化 火焰火焰 连续氧化、燃烧连续氧化、燃烧可燃气体可燃气体可燃混合气体可燃混合气体分子碎片、分子碎片、游离基游离基生成产物、放热生成产物、放热【思考思考】气体燃烧和固体、液体燃烧有什么区别？哪气体燃烧和固体、液体燃烧有什么区别？哪种状态更容易种状态更容易燃烧燃烧？燃烧学气体燃烧不需要如固体、液体一般经过融化、分解、蒸气体燃烧不需要如固体、液体一般经过融化、分解、蒸发等过程，在常温常压下与氧气混合扩散后，达到一定浓度发等过程，在常温常压下与氧气混合扩散后，达到一定浓度遇到点火源即可发生燃烧（爆炸），所以气体燃烧速度大于遇到点火源即可发生燃烧（爆炸），所以气体燃烧速度大于固体和液体

8、。固体和液体。燃烧学气体的燃烧形式1气体的燃烧过程气体的燃烧速度2 按燃料与氧化剂混合模式按燃料与氧化剂混合模式分分 按火焰传播的形式分按火焰传播的形式分 按流动状态分按流动状态分缓燃火缓燃火焰焰爆轰火焰（爆震）爆轰火焰（爆震） 预混火焰预混火焰 扩散火扩散火焰焰燃烧学可燃气体燃烧分类可燃气体燃烧分类层流燃烧层流燃烧湍流燃烧湍流燃烧燃烧学u扩散燃烧扩散燃烧可燃气体与气态氧化剂相互扩散，边混合边燃烧。可燃气体与气态氧化剂相互扩散，边混合边燃烧。u预混燃烧预混燃烧燃料和氧气（或空气）预先混合成均匀的混合气，此可燃混燃料和氧气（或空气）预先混合成均匀的混合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气在燃烧

9、器内进行着火、燃烧的过程合气称为预混合气，预混合气在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为预混燃称为预混燃烧。烧。燃烧学u缓缓燃、爆轰的特征？燃、爆轰的特征？u爆爆炸的条件及预防方法？炸的条件及预防方法？条件：条件：可燃气体；空气或氧气，且预混气浓度在爆炸极限范可燃气体；空气或氧气，且预混气浓度在爆炸极限范围内；足够能量的点火源。围内；足够能量的点火源。预防方预防方法：法：防止混合气形成；切断爆炸途径；严格控制火源；防止混合气形成；切断爆炸途径；严格控制火源；泄压保护装置。泄压保护装置。燃烧学u层流层流燃燃烧烧在一充满均匀混合气的圆管中，局部加热，形成燃烧火焰，燃烧在一充满均匀混合气的圆管中，局部加

10、热，形成燃烧火焰，燃烧生成的热量加热其相邻冷混合气，使冷混合气温度升高，形成新的火焰生成的热量加热其相邻冷混合气，使冷混合气温度升高，形成新的火焰。如此，便在未燃区和已燃区形成明显的界限，称为火焰前沿。如此，便在未燃区和已燃区形成明显的界限，称为火焰前沿。层流火层流火焰前沿是一个平滑的化学反应发光区，其厚度只有几百微焰前沿是一个平滑的化学反应发光区，其厚度只有几百微米，甚至几十微米。米，甚至几十微米。燃烧学u湍流燃湍流燃烧烧湍流火焰前沿厚度很大（几毫米），其发光区呈毛刷褶皱状，湍流火焰前沿厚度很大（几毫米），其发光区呈毛刷褶皱状，比较模糊，火焰长度比层流火焰短比较模糊，火焰长度比层流火焰短。层

11、流火层流火焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质，一般较焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质，一般较小；湍流火焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质和湍流性小；湍流火焰传播速度取决于混合气体的物理化学性质和湍流性质，比层流火焰传播速度大很多。质，比层流火焰传播速度大很多。燃烧学气体的燃烧形式气体的燃烧过程气体的燃烧速度23燃烧学气体的燃烧速度是指火焰传播速度（火焰的移动速度气体的燃烧速度是指火焰传播速度（火焰的移动速度cm/s）减去由于燃烧气体温度升高而产生的膨胀速度。减去由于燃烧气体温度升高而产生的膨胀速度。可燃气可燃气体燃烧形式不同，燃烧速度差异很大，表示方法也不体燃烧形式不同，燃烧速度

12、差异很大，表示方法也不同，分为扩散燃烧速度表示同，分为扩散燃烧速度表示方法方法和预混燃烧速度和预混燃烧速度表示表示方法。方法。气体气体燃烧速度的表示方法燃烧速度的表示方法燃烧学u扩散燃烧速度扩散燃烧速度扩散燃烧速度取决于扩散燃烧速度取决于可燃气体与助燃气体的混合速度可燃气体与助燃气体的混合速度，可，可燃燃气气体体从从孔洞喷出与空气形成扩散燃烧，若控制气体流量，即控制孔洞喷出与空气形成扩散燃烧，若控制气体流量，即控制了扩散燃烧速度。以了扩散燃烧速度。以单位面积单位时间内气体流量或线速度单位面积单位时间内气体流量或线速度来表来表示扩散燃烧速度，单位为示扩散燃烧速度，单位为m3/(m2s)、m/s。

13、u预混燃烧速度预混燃烧速度预混燃烧速度用其化学计量浓度时的火焰传播速度表示，单预混燃烧速度用其化学计量浓度时的火焰传播速度表示，单位为位为m/s。燃烧学扩散燃烧速度由气体的流速确定。扩散燃烧速度由气体的流速确定。预混燃烧速度受气体的性质、浓度、初始温度及燃烧体系与预混燃烧速度受气体的性质、浓度、初始温度及燃烧体系与环境的热交换等因素的影响。环境的热交换等因素的影响。影响气体影响气体燃烧速度燃烧速度的主要因素的主要因素燃烧学u气体的性质和浓度气体的性质和浓度 可燃气体的还原性越强，氧化剂的氧化性越强可燃气体的还原性越强，氧化剂的氧化性越强，燃烧反应，燃烧反应的活化能越小，的活化能越小，燃烧速度越

14、快燃烧速度越快。如。如H2+F2=2HF的反应，在冷暗处的反应，在冷暗处也可瞬间完成，反应剧烈；而也可瞬间完成，反应剧烈；而H2与与O2在一定高温下才能燃烧，且在一定高温下才能燃烧，且速度低于速度低于H2与与F2的混合气反应速度。的混合气反应速度。燃烧学 可燃气体和氧化剂的浓度越可燃气体和氧化剂的浓度越大，分子碰撞的机会越多，反应速大，分子碰撞的机会越多，反应速度越快。度越快。当可燃气体在空气中稍微当可燃气体在空气中稍微高于化学计量浓度时燃烧反应速度高于化学计量浓度时燃烧反应速度最快，爆炸最剧烈，产生的压强和最快，爆炸最剧烈，产生的压强和温度最高。温度最高。燃烧学 惰性气体影响。惰性气体惰性气

15、体影响。惰性气体加入到混合气中必然消耗热能，加入到混合气中必然消耗热能，并且使气体燃烧反应中的自由基并且使气体燃烧反应中的自由基与惰性气体分子碰撞销毁的几率与惰性气体分子碰撞销毁的几率增大。增大。混合气中惰性气体浓度增混合气中惰性气体浓度增大，火焰传播速度减小，燃烧速大，火焰传播速度减小，燃烧速度降低。度降低。燃烧学u气体的初始温度气体的初始温度反应初始温度对反应速度的影响，表现在反应速度常数反应初始温度对反应速度的影响，表现在反应速度常数k与温与温度度T的关系上，的关系上，k与与T呈指数关系，呈指数关系，T较小的变化，会使较小的变化，会使k变化很大。变化很大。温度每升高温度每升高10，反应速

16、度大约增大，反应速度大约增大24倍。燃烧速度与反映初倍。燃烧速度与反映初始温度的关系为始温度的关系为式式中，中，v、v0为温度为温度T、T0时的燃烧速度；时的燃烧速度；n为实验常数，一般为实验常数，一般为为1.72。nO0TTvv燃烧学燃烧学u燃烧体系与环境的热交换燃烧体系与环境的热交换 管径管径设一管道长设一管道长L，截面为半径为，截面为半径为r的圆，当管道充满可燃混合气的圆，当管道充满可燃混合气体时，混合气与管壁的接触比表面积为体时，混合气与管壁的接触比表面积为管径越大，管径越大，Sn越小，混合气燃烧的热损失越少越小，混合气燃烧的热损失越少。r2LrrL2S2n混合气体积混合气体积管壁总面积管壁总面积燃烧学一般来说，一般来说，火焰传播速度随着管径增大而增大火焰传播速度随着管径增大而增大，但增大到临，但增大到临界直径后，火焰传播速度不再增加；管径减小时，火焰传播速度界直径后，火焰传播速度不再增加；管径减小时，火焰传播速度随之减小，但随之减小，但管径小管径小于于临界直径时临界直径时，由于