2.1 第一节着火方式与着火条件

《消防燃烧学》教案序号2.1课题第三章第一节着火方式与着火条件课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.理解着火过程的概念，掌握着火过程中化学反应速率发生跃变的特点，理解"出现火焰是着火过程的重要标志"（图2-1）；2.掌握着火方式的分类（自燃和引燃），掌握自燃的定义、分类（自热自燃、受热自燃）及典型实例，掌握引燃的定义及特点，理解自燃与引燃的联系和区别；3.掌握着火条件的概念，理解达到着火条件只是具备了着火的可能（并未着火），掌握着火条件是化学动力学参数、流体动力学参数和传质传热学参数的综合体现（式2-1）。本节是《消防燃烧学》第三章"着火与灭火"中的第一节。着火是燃烧过程的起点，掌握着火的本质、方式与条件，是理解火灾发生机理、火灾预防和灭火原理的基础。对于消防救援人员而言，理解着火条件有助于分析火灾发生的原因、评估火灾危险性，是后续学习灭火原理和火灾调查的重要前提。【过程与方法】1.通过着火过程中化学反应速率曲线（图2-1）的分析，理解着火过程的自动加速特征及火焰作为着火标志的意义；2.通过自燃（自热自燃、受热自燃）与引燃的实例分析（油锅过热、火柴摩擦、黄磷自燃、烟煤自燃、枯枝堆自燃等），掌握着火方式的分类及判别方法；3.通过式（2-1）中T0、P、α、d、v0等参数的分析，理解着火条件是多种参数的综合体现；4.通过思考题2（木材燃烧、液化石油气爆炸、油锅起火、香烟点燃、汽油发动机、柴油发动机的着火方式）的讨论，培养将着火方式理论应用于实际判别的能力。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识到着火是燃烧的起点，理解火灾发生的本质原因和着火条件的复杂性，树立从"着火条件"角度科学分析火灾成因、预防火灾发生的理念。培养学员严谨求实的科学态度和辩证思维（着火方式分类的相对性），增强职业责任感和专业素养。（二）教学要求1.识记着火、自燃、引燃、自热自燃、受热自燃、着火条件等概念；2.掌握着火过程的特点及火焰作为着火标志的意义；3.掌握着火方式的分类（自燃、引燃）及各自的特点、典型实例；4.掌握着火条件的概念及式（2-1）中各参数的物理意义。二、教学重点1.着火过程的概念及化学反应速率跃变的特点（图2-1）；2.着火方式的分类：自燃（自热自燃、受热自燃）、引燃，各自定义、特点及典型实例；3.着火条件的概念及式（2-1）的综合体现。三、教学难点1.着火过程"化学反应速率跃变"的化学动力学理解；2.自燃与引燃的联系和区别（整体加热与局部加热的差别，而非"自动"与"受迫"的差别）；3.着火条件"达到着火条件并不表明已经着火"的理解，及着火条件是多种参数综合体现（式2-1）。四、教学方法与手段本节教学内容以概念、原理和分类为主，插图1个（图2-1着火过程中的化学反应速率），公式1个（式2-1），思考题4道。教学应注重概念的条理化讲解、原理的深入剖析以及理论联系实际的实例分析。授课全过程使用PPT课件，将着火过程曲线、着火方式分类结构图、式（2-1）清晰展示；采用讲授法与案例法相结合，通过大量贴近生活的实例（油锅过热、火柴摩擦、黄磷自燃、烟煤自燃、枯枝堆自燃、香烟点燃等）帮助学员理解抽象概念。教学中注重辩证思维的培养：着火方式的分类（自燃与引燃）具有相对性，自热自燃和受热自燃都既有自身化学反应作用又有外部热量作用；自燃和引燃的差别只是整体加热和局部加热的不同。教学中设置提问、讨论环节（如"为什么黄磷暴露在空气中会自燃""木材燃烧属于哪种着火方式"），启发学员思考，将理论与实际相结合。五、教学过程设计首先，从着火过程的概念出发，讲解着火过程中化学反应速率的跃变特点及火焰作为着火标志的意义（图2-1）；其次，讲解着火方式的分类——自燃（自热自燃、受热自燃）和引燃，通过典型实例帮助学员掌握判别方法；再次，讲解着火条件的概念，重点理解"达到着火条件并不表明已经着火"及着火条件是多种参数的综合体现（式2-1）；最后，进行课堂小结和布置思考题。（一）引言同学们，在第二章我们学习了燃烧的本质、条件、火焰、燃烧热、火灾烟气等内容，认识了燃烧现象及其规律。从本节课开始，我们进入第三章——着火与灭火的学习。火是怎么着起来的？为什么有的物质会自行燃烧（自燃），而有的物质需要明火点燃（引燃）？着火需要具备什么条件？理解这些问题，对于火灾预防和灭火救援具有重要意义。带着这些问题进入本节学习。引导学员回顾燃烧条件（可燃物、氧化剂、引火源）和燃烧过程。着火是燃烧的起点，是从缓慢氧化到剧烈燃烧的转变过程。带着"着火是什么、有哪些方式、需什么条件"这三个问题进入本节学习。（二）阐述、分析、推导【板书】第三章着火与灭火【板书】第一节着火方式与着火条件【板书】一、着火过程【讲解】从燃烧过程的化学动力学可知，任何一个燃烧反应，都存在一个从反应的引发到剧烈反应的自动加速过程，这个过程就是着火。在着火过程中，可燃物与氧化剂接触混合，经历了由无化学反应、缓慢化学反应向剧烈化学反应状态的过渡，并在某个瞬间出现火焰，最终由缓慢氧化状态变为剧烈燃烧状态。【讲解】在着火过程中，化学反应速率发生了跃变，即化学反应在极短时间内从低速状态加速到高速状态，而出现火焰则是着火过程的重要标志，如图2-1所示。【讲解】由图2-1可以看出：在着火之前，反应处于缓慢氧化状态，反应速率随温度升高缓慢增大；当着火发生时，反应速率发生跃变，在极短时间内急剧增大，由缓慢氧化状态转变为剧烈燃烧状态；在剧烈燃烧阶段，反应速率继续升高并趋于某一最大值。图中反应速率的跃变区间即对应着火过程。【提问】请同学们思考：着火过程的重要标志是什么？着火前后化学反应速率有何变化？【讲解】出现火焰是着火过程的重要标志。着火前后化学反应速率发生跃变，在极短时间内从低速状态（缓慢氧化）加速到高速状态（剧烈燃烧）。【板书】二、着火方式【讲解】可燃物的着火方式，一般可分为自燃和引燃两种。【板书】（一）自燃【讲解】自燃是在没有外部火花、火焰等点火源的直接作用下，可燃物因受热或依靠自身反应（物理、化学、生物反应等）发热并蓄热，导致温度不断升高并自行发生燃烧的现象。【讲解】自燃的典型实例有：油锅过热而着火、火柴摩擦而着火、炸药受撞击而爆炸、黄磷暴露在空气中而自燃、烟煤因堆积过高而自燃、枯枝树叶或稻草秸秆等长时间堆积而自燃等。【讲解】根据热源的不同，自燃可以分为自热自燃和受热自燃。【板书】1．自热自燃【讲解】自热自燃是指可燃物依靠自身的物理、化学、生物等反应放热蓄热而发生的自燃。如黄磷暴露在空气中因常温下与氧气剧烈反应放热而自燃，烟煤因堆积过高内部氧化蓄热而自燃，枯枝树叶、稻草秸秆等长时间堆积因生物发酵放热而自燃等。【板书】2．受热自燃【讲解】受热自燃是指可燃物因受到外部热源加热（如油锅过热、受辐射热等）而温度升高，达到自燃点而自行燃烧的现象。如油锅过热而着火、可燃物靠近高温热源而自燃等。【板书】（二）引燃【讲解】引燃则是使用火花、火焰、炽热体等高温热源作用于可燃物的局部，使该局部受到强烈加热而首先着火、燃烧，然后燃烧以一定的速率逐渐扩展传播到可燃物的其他部分或整个反应空间。【讲解】在大部分火灾中，可燃物都是通过引燃方式而着火的。例如，木材燃烧、香烟点燃等。【板书】（三）着火方式分类的辨析【讲解】必须指出，这种着火方式的分类，并不能十分恰当地反映出它们之间的联系和差别。例如自热自燃和受热自燃都是既有自身化学反应的作用，又有外部热量的作用；而自燃和引燃的差别也仅仅只是整体加热和局部加热的不同而已，绝不是"自动"和"受迫"的差别。【提问】请同学们思考：木材燃烧、液化石油气爆炸、油锅起火、香烟点燃、汽油发动机的燃烧、柴油发动机的燃烧分别属于哪种着火方式？【讲解】木材燃烧和香烟点燃属于引燃（高温热源作用于局部使其着火）；油锅起火属于受热自燃（外部热源加热达到自燃点）；液化石油气爆炸属于可燃气体达到爆炸条件后的瞬间燃烧（与着火方式相关，可视为燃烧的迅速扩展）；汽油发动机的燃烧属于电火花引燃（引燃）；柴油发动机的燃烧属于压燃（压缩使可燃混合气温度升高至自燃点而自燃）。【板书】三、着火条件【讲解】在常温下，绝大多数可燃物与空气接触混合，只能进行缓慢的氧化，并不会着火燃烧，这说明着火的发生是需要具备一定条件的。【讲解】如果在一定的初始条件下，可燃物不能保持低温的缓慢氧化状态，而是出现一个急剧的自动加速过程，使可燃物在某个瞬间达到高温的剧烈燃烧状态，那么这个初始条件便称为着火条件。【板书】（1）达到着火条件并不表明可燃物已经着火【讲解】达到着火条件并不表明可燃物已经着火，而只是可燃物已经具备了着火的可能，会出现着火的过程。也就是说，着火条件是可燃物着火的必要条件，而非充分条件。【板书】（2）着火条件是多种参数的综合体现【讲解】着火条件并不只是一个简单的初温条件，而是化学动力学参数、流体动力学参数和传质传热学参数的综合体现。【讲解】例如，对于某一种具体的可燃预混气体而言，在封闭的条件下，其着火条件可由下列函数关系表示：【板书】f（T0，P，α，d，v0）=0（2-1）【讲解】式中：T0—预混气体初始温度（环境温度）；P—预混气体初始压力；α—对流换热系数；d—容器直径；v0—环境气流速率。【讲解】由式（2-1）可见，着火条件不仅与初始温度有关，还与初始压力、对流换热系数、容器直径、环境气流速率等多个参数有关，是多种参数的综合体现。任一参数的改变都可能影响着火是否发生。【提问】请同学们思考：当可燃物具备着火条件时是否已经着火？着火条件是一般的初温条件吗？【讲解】可燃物具备着火条件时并未着火，只是具备了着火的可能，会出现着火的过程，着火是可燃物在具备着火条件后发生的自动加速反应过程。着火条件不是简单的初温条件，而是化学动力学参数、流体动力学参数和传质传热学参数的综合体现（如式2-1中的T0、P、α、d、v0等）。【板书】【思考题】【板书】1．在着火的过程中，可燃物的反应状态有何变化，这一变化的实质和标志分别是什么？【板书】2．木材燃烧、液化石油气爆炸、油锅起火、香烟点燃、汽油发动机的燃烧、柴油发动机的燃烧分别属于哪种着火方式？【板书】3．自燃和引燃这两种着火方式有何异同？【板书】4．着火条件有哪些？当可燃物具备着火条件时是否已经着火？通过本次课，学员理解了着火过程的概念及化学反应速率跃变的特点（图2-1），掌握了着火方式的分类——自燃（自热自燃、受热自燃）和引燃的定义、特点及典型实例，掌握了着火条件的概念及式（2-1）的综合体现。重点要求掌握着火方式的分类与判别，理解"达到着火条件并不表明已经着火"。小结本节知