燃烧理论5着火的理论基础课件

5 着火的理论基础 研究不同着火方式的着火机理。研究不同着火方式的着火机理。着火过程及方式着火过程及方式链反应速度链反应速度链反应的发展过程链反应的发展过程着火的热自燃理论着火的热自燃理论着火的链式反应理论着火的链式反应理论强迫着火强迫着火强迫着火过程强迫着火过程常用点火方法常用点火方法电火花点火电火花点火链反应的延迟期链反应的延迟期着火方式与机理着火方式与机理着火温度着火温度热自燃过程分析热自燃过程分析着火温度求解着火温度求解谢苗诺夫公式谢苗诺夫公式热自燃界限热自燃界限热自燃的延迟期热自燃的延迟期点火的可燃界限点火的可燃界限主要任务主要任务着火理论着火理论基础基础 着火概念、方式和机理，谢苗诺夫热自燃理论，着火概念、方式和机理，谢苗诺夫热自燃理论，链式反应理论，烃类链式反应理论，烃类空气混合着火特性，强迫着火空气混合着火特性，强迫着火的两种理论，着火界限的两种理论，着火界限 谢苗诺夫热自燃理论谢苗诺夫热自燃理论 链式反应理论链式反应理论 知识要点知识要点知识重点知识重点知识难点知识难点燃烧与火焰燃烧与火焰n n三个阶段：混合，加热着火，燃三个阶段：混合，加热着火，燃三个阶段：混合，加热着火，燃三个阶段：混合，加热着火，燃烧反应烧反应烧反应烧反应n n燃烧的分类：燃烧的分类：燃烧的分类：燃烧的分类：按照燃气和空气混合情况按照燃气和空气混合情况n n气体燃烧为均相燃烧气体燃烧为均相燃烧气体燃烧为均相燃烧气体燃烧为均相燃烧n n预混气体及半预混燃烧预混气体及半预混燃烧预混气体及半预混燃烧预混气体及半预混燃烧n n一次空气系数一次空气系数一次空气系数一次空气系数 1 1n n半半半半预预混混混混001 11 散热：着火成功；散热：着火成功；放热放热 q1，散热放热，T，回到A点;当T ，q2 q1,散热放热，T ，回到A点。n C点不稳定。轻微扰动将使B 点失去平衡。n A点温度低，称为熄灭状态。图中 B点为着火临界点 Tb为着火温度 T0为自燃温度 T0Tb之间的时间为着火感应期n n影响着火的因素影响着火的因素n n增加放热量增加放热量增加放热量增加放热量q q1 1n n 增加燃料浓度增加燃料浓度增加燃料浓度增加燃料浓度n n 增加燃料压力增加燃料压力增加燃料压力增加燃料压力n n 增加燃料发热量增加燃料发热量增加燃料发热量增加燃料发热量n n 增加燃料活性增加燃料活性增加燃料活性增加燃料活性放热率曲线左移，在相同放热率曲线左移，在相同温度下，燃料放热量增加，温度下，燃料放热量增加，着火温度降低，着火温度着火温度降低，着火温度降低，着火提前。降低，着火提前。n n环境温度环境温度环境温度环境温度T T0 0 环境温度升高，相当于散热曲线右移，散热率环境温度升高，相当于散热曲线右移，散热率曲线与放热率曲线的交点曲线与放热率曲线的交点 C降低，着火温度降降低，着火温度降低，着火提前。低，着火提前。n比表面积和散热系数比表面积和散热系数n 燃料粒径的大小燃料粒径的大小n 燃烧区周围的散热条件燃烧区周围的散热条件燃料的比表面积越大，相当于散热面积越大，散热率增燃料的比表面积越大，相当于散热面积越大，散热率增加，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟；散加，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟；散热系数越大，散热率越大，燃料着火条件变差，着火温热系数越大，散热率越大，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟。度上升，着火推迟。二、着火温度求解二、着火温度求解 由课本图由课本图53看出，着火临界点看出，着火临界点B：（1）反应的放热速率与向环境介质的散热率相等；）反应的放热速率与向环境介质的散热率相等；（2）放热率与散热率对温度的导数值相等。）放热率与散热率对温度的导数值相等。着火临界条件的数学描述：着火临界条件的数学描述：（放热速率与散热率相等）（放热率与散热率对温度的导数值相等）TB对应的自燃温度为对应的自燃温度为T0，解得，解得TB：化简得：化简得：得到着火的条件：得到着火的条件：物理意义物理意义：可燃混合气的温度如比容器壁过热时，即：可燃混合气的温度如比容器壁过热时，即 时，将发生热自燃；反之，如时，将发生热自燃；反之，如 时，时，则不会引起热自燃。则不会引起热自燃。着火温度是不是物性参数？着火温度是不是物性参数？自燃温度是不是物性参数自燃温度是不是物性参数?结论：结论：结论：结论：自燃温度自燃温度T0 0显然与混合气的浓度（或压力）、反应级数显然与混合气的浓度（或压力）、反应级数v、活化能活化能E和散热情况（和散热情况（S）有关。）有关。可燃混合气的活性很强（即值可燃混合气的活性很强（即值小），则具有较低的自燃温度；散热条件加强时（即值增大），小），则具有较低的自燃温度；散热条件加强时（即值增大），则自燃温度升高；可燃混合气的压力升高时，将使自燃温度降低。则自燃温度升高；可燃混合气的压力升高时，将使自燃温度降低。n问题的提出问题的提出 已知混合气的初温和散热条件，如何预估着火时混合已知混合气的初温和散热条件，如何预估着火时混合气的临界压力（或浓度）？气的临界压力（或浓度）？n问题的解决问题的解决（谢苗诺夫公式谢苗诺夫公式）三、谢苗诺夫公式三、谢苗诺夫公式对对 做近似处理：做近似处理：TBT0热自燃条件的表达式热自燃条件的表达式热自燃条件的表达式热自燃条件的表达式 P取代取代C系统的散热条件系统的散热条件(、S、V)和混合气的化学性能参和混合气的化学性能参数数(E、Q、k0、v)已知，则根据上式有：已知，则根据上式有：若给定若给定C T0；若给定若给定T0 着火时混合气的着火时混合气的临界浓度值临界浓度值临界浓度值临界浓度值C C。气体压力和自燃温度的关系式，也即为气体压力和自燃温度的关系式，也即为谢苗诺夫公谢苗诺夫公谢苗诺夫公谢苗诺夫公式式式式，或称为，或称为热自燃界限方程热自燃界限方程热自燃界限方程热自燃界限方程：n n谢苗诺夫公式的应用价值谢苗诺夫公式的应用价值n n对高温范围的着火规律而言，该公式在定对高温范围的着火规律而言，该公式在定对高温范围的着火规律而言，该公式在定对高温范围的着火规律而言，该公式在定性方面的解释相当合理的，在定量方面仍性方面的解释相当合理的，在定量方面仍性方面的解释相当合理的，在定量方面仍性方面的解释相当合理的，在定量方面仍有一定的参考价值，可作为半经验公式来有一定的参考价值，可作为半经验公式来有一定的参考价值，可作为半经验公式来有一定的参考价值，可作为半经验公式来估算着火条件。估算着火条件。估算着火条件。估算着火条件。n n可用着火的临界条件来确定活化能。可用着火的临界条件来确定活化能。可用着火的临界条件来确定活化能。可用着火的临界条件来确定活化能。四、热自燃界限四、热自燃界限 n热自燃温度与热自燃温度与压力压力的关系的关系n P ：T0 易热自燃易热自燃nP ：T0 不易热自燃易热自燃应用应用应用应用：内燃机在高原地区，：内燃机在高原地区，航空发动机在高空时着火航空发动机在高空时着火性能不好。性能不好。热自燃界限图热自燃界限图n n 热自燃温度与热自燃温度与混合气组分混合气组分的关系的关系 无论是均相气体燃料还是固体燃料，当周围无论是均相气体燃料还是固体燃料，当周围介质温度介质温度T0达到一定值后，即出现热自燃着火，达到一定值后，即出现热自燃着火，其临界自燃条件前已分析，此时的周围介质温度其临界自燃条件前已分析，此时的周围介质温度即为自燃温度。但试验亦表明，在一定的炉内压即为自燃温度。但试验亦表明，在一定的炉内压力下，可燃混合物的浓度变化时，其自燃温度也力下，可燃混合物的浓度变化时，其自燃温度也不相同。不相同。着火浓度界限（着火浓度界限（P=定植）定植）着火浓度界限（着火浓度界限（T0=定值）定值）着火的可燃界限着火的可燃界限着火的可燃界限着火的可燃界限：P=定值，得出着火温度与混合气定值，得出着火温度与混合气成分的关系；成分的关系；T0=定值，得出定值，得出 临界压力与混合气成临界压力与混合气成分的关系。分的关系。n只有只有x1x2的浓度范围内混合气才可能着火。的浓度范围内混合气才可能着火。x2浓限（富油）；浓限（富油）；x1稀限稀限(贫油贫油)。n当压力（或温度）下降时，则可燃界限缩小，当压当压力（或温度）下降时，则可燃界限缩小，当压力（或温度）下降到某一值时，则可燃界限缩小成力（或温度）下降到某一值时，则可燃界限缩小成一点，当压力（或温度）再继续下降，则任何混合一点，当压力（或温度）再继续下降，则任何混合气成分都不能着火。气成分都不能着火。几种可燃气体的着火范围几种可燃气体的着火范围n n 着火的临界压力与容器尺寸的关系着火的临界压力与容器尺寸的关系 结论结论：增大容器的尺寸，可以降低着火临界压力。增大容器的尺寸，可以降低着火临界压力。应用应用：高原地区不宜用小尺寸的燃烧室：高原地区不宜用小尺寸的燃烧室。T0 0及其余参数不变及其余参数不变 PD=定值 定值球形容器，球形容器，1 1容器体积对热自燃着火容器体积对热自燃着火过程的影响过程的影响 五、热自燃的延迟期五、热自燃的延迟期 由由由由T T0 0 0 0自动升高到着火温度自动升高到着火温度自动升高到着火温度自动升高到着火温度T TB B B B需要一定的时间，这段着需要一定的时间，这段着需要一定的时间，这段着需要一定的时间，这段着火前的自动加热时间称为火前的自动加热时间称为火前的自动加热时间称为火前的自动加热时间称为热自燃感应期热自燃感应期热自燃感应期热自燃感应期或或或或着火延迟期着火延迟期着火延迟期着火延迟期。着火过程中的温度变化曲线着火过程中的温度变化曲线 系统的热平衡工况系统的热平衡工况概念概念曲线曲线曲线曲线：初温低于：初温低于T0的工况。最后稳定于的工况。最后稳定于A工况，温度工况，温度逐逐 渐趋近于渐趋近于TB，不能自燃；，不能自燃；曲线曲线曲线曲线：初温恰好等于：初温恰好等于T0的临界状况。以着火温度的临界状况。以着火温度TB为为极限，着火延迟期是无限长的。极限，着火延迟期是无限长的。曲线曲线曲线曲线、：初温高于：初温高于T0的工况。在系统温度达到的工况。在系统温度达到TB之前，虽然之前，虽然q1-q2 0，dT/dt0 ,但但 是因为是因为d2T/dt2 0，温度变化是减速缓慢，温度变化是减速缓慢 升升 高的，即曲线上凸。在高的，即曲线上凸。在T=TB时时,q1-q2=0，d2T/dt2=0，曲线出现拐点。经过拐点，曲线出现拐点。经过拐点以后，以后，q1-q2 0，而且增大很快，故，而且增大很快，故 d2T/dt2 0，温度，温度加速上升，曲线上凹。我们规定这个拐点出现的时间加速上升，曲线上凹。我们规定这个拐点出现的时间（温度达到（温度达到ig）为）为着火延迟期着火延迟期。概念概念绝热工况下的着火延迟期：绝热工况下的着火延迟期：结论结论结论结论：着火延迟期随混合气压力和自燃温度的升：着火延迟期随混合气压力和自燃温度的升高而缩短因此，在燃烧室内提高混合气的压力和高而缩短因此，在燃烧室内提高混合气的压力和温度都会缩短燃烧自燃的着火延迟期，从而有利温度都会缩短燃烧自燃的着火延迟期，从而有利于混合气的着火。于混合气的着火。5.3 5.3 着火的链式反应理论着火的链式反应理论 一、链反应速度 链反应速度链反应速度：n0单位时间单位体积内链引发的主要反应的数目单位时间单位体积内链引发的主要反应的数目使得链的传播能连续进行的数学概率使得链的传播能连续进行的数学概率1 1 这一基元过程中终断了的链的概率这一基元过程中终断了的链的概率。链的平均长度：链的平均长度：讨论：讨论：讨论：讨论：n n 0 0，=1=1：不是链引起的，而是一个简单反应；：不是链引起的，而是一个简单反应；：不是链引起的，而是一个简单反应；：不是链引起的，而是一个简单反应；n n 0 0 1 1 1：链的分支：链的分支：链的分支：链的分支 ，引起爆炸。，引起爆炸。，引起爆炸。，引起爆炸。链分支系数【链分支的情况下，上述三个关系式不适用，也就是对 1将得到与某一个固定的链长相对应的反应速度，但为负值，毫无物理意义。在这种情况下涉及到链中断的概率，即在第一关系式中应该用-代替】着火条件：着火条件：或二、链反应的发展过程二、链反应的发展过程 活性中心浓度的变化速度活性中心浓度的变化速度：活化中心活化中心活化中心活化中心浓度的变浓度的变浓度的变浓度的变化速度化速度化速度化速度链引发中链引发中链引发中链引发中心的形成心的形成心的形成心的形成速度速度速度速度因链的分因链的分因链的分因链的分支而形成支而形成支而形成支而形成活性中心活性中心活性中心活性中心的速度的速度的速度的速度因链中断因链中断因链中断因链中断造成的活造成的活造成的活造成的活性中心毁性中心毁性中心毁性中心毁灭的速度灭的速度灭的速度灭的速度=+令 ：f 为链进展的动力学系数 g 为链中断的动力学系数（f、g分别与温度，活化能以及其他因素有关）f fg g 其中：其中：（链的继续概率）（链的继续概率）用用Lagrange法积分得：法积分得：nn0分支链锁反应速度随时间的变化做出图来是什么分支链锁反应速度随时间的变化做出图来是什么样的呢？样的呢？等温时分枝链锁反应速度随时间的变化规律n在低温时，由于链的分枝速度很缓慢，而链的中断速在低温时，由于链的分枝速度很缓慢，而链的中断速度却很快，度却很快，fg，则，则g或或0，活化中心浓度迅速增大，引起自燃。，活化中心浓度迅速增大，引起自燃。不同温度不同温度时，分枝链锁反应时，分枝链锁反应速度随时间的变化速度随时间的变化 当链反应进行是具有较高的活性中心初始当链反应进行是具有较高的活性中心初始浓度浓度，且为，且为c0时，链支化反应总速度：时，链支化反应总速度：若 ：记为：三、链自燃的延迟期三、链自燃的延迟期链式着火的条件链式着火的条件：着火临界遏制速度值着火临界遏制速度值如果假设经过一段时间（诱导期或习惯上叫着火延如果假设经过一段时间（诱导期或习惯上叫着火延迟期、孕育期）反应速度达到临界值，迟期、孕育期）反应速度达到临界值，则：则：谢苗诺夫从理论上推导出的谢苗诺夫从理论上推导出的链自燃着火延迟期链自燃着火延迟期链自燃着火延迟期链自燃着火延迟期5.4 强迫着火（点燃）工程上的燃料着火的方式通常为工程上的燃料着火的方式通常为强迫着火强迫着火强迫着火强迫着火，即，即点燃点燃点燃点燃。一、强迫着火过程一、强迫着火过程 n概念概念 用炽热的高温物体使混合气的一小部分着火，用炽热的高温物体使混合气的一小部分着火，形成局部的火焰核心；然后这个火焰核心再把邻近形成局部的火焰核心；然后这个火焰核心再把邻近的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从而使整个混合气燃烧起来。而使整个混合气燃烧起来。n n强迫着火和自燃着火的强迫着火和自燃着火的区别区别：n n强迫着火是局部加热，自燃着火是整体强迫着火是局部加热，自燃着火是整体强迫着火是局部加热，自燃着火是整体强迫着火是局部加热，自燃着火是整体加热；加热；加热；加热；n n点火温度一般要比自燃温度高得多点火温度一般要比自燃温度高得多点火温度一般要比自燃温度高得多点火温度一般要比自燃温度高得多 ；n n点燃过程要比自燃过程复杂得多点燃过程要比自燃过程复杂得多点燃过程要比自燃过程复杂得多点燃过程要比自燃过程复杂得多 。二、常用点火方法二、常用点火方法 n n炽热物体点火炽热物体点火炽热物体点火炽热物体点火 常用金属板、柱、丝或球作为电阻，通以电流使其常用金属板、柱、丝或球作为电阻，通以电流使其炽热；亦有用热辐射加热耐火砖或陶瓷棒等形成各种炽热；亦有用热辐射加热耐火砖或陶瓷棒等形成各种炽热物体在可燃混合气中进行点火。炽热物体在可燃混合气中进行点火。n n电火花或电弧点火电火花或电弧点火电火花或电弧点火电火花或电弧点火 工程上常用，工程上常用，用于流速较低、易燃的混合气中，如用于流速较低、易燃的混合气中，如一般的汽油发动机。一般的汽油发动机。n n火焰点火火焰点火火焰点火火焰点火 常用于锅炉、燃气轮机燃烧室中的点火。最大优常用于锅炉、燃气轮机燃烧室中的点火。最大优点就在于具有较大的点火能量。点就在于具有较大的点火能量。基本原理：使混合气的局部受到外来的热作用而使之基本原理：使混合气的局部受到外来的热作用而使之基本原理：使混合气的局部受到外来的热作用而使之基本原理：使混合气的局部受到外来的热作用而使之 着火燃烧。着火燃烧。着火燃烧。着火燃烧。三.炽热物体点火n对于不可燃气体，当有炽热物体靠近时，只带来对于不可燃气体，当有炽热物体靠近时，只带来边界处温升，没有燃烧放热带来的温升；边界处温升，没有燃烧放热带来的温升；n对于可燃气体，当有炽热物体靠近时，既有温差对于可燃气体，当有炽热物体靠近时，既有温差带来的温升，又有燃烧带来的温升；带来的温升，又有燃烧带来的温升；n靠近壁面处，靠近壁面处，Tw=T，反应快，放热多，反应快，放热多，T高；高；n 远离壁面处：远离壁面处：n传热少，温升小；传热少，温升小；n 温度低，燃烧反应慢，温升小。温度低，燃烧反应慢，温升小。炽热物体点燃模型炽热物体点燃模型对对炽炽热热物物体体点点燃燃可可燃燃混混合合物物的的机机理理可可采采用用零零值值边边界界梯梯度度物理模型进行说明。物理模型进行说明。假设将一温度恒定的炽热物体放入可燃混合物中，混合假设将一温度恒定的炽热物体放入可燃混合物中，混合物的温度为物的温度为T0，当炽热物体的温度分别为，当炽热物体的温度分别为T1、T2、T3时，则经时，则经过热传导后，在可燃混合物与炽热物体接触的边界层内将出现过热传导后，在可燃混合物与炽热物体接触的边界层内将出现所示的温度分布。所示的温度分布。强迫点燃过程中边界层内的温度分布 a）T1Tqr 图(a)中，T1Tqr，可燃混合物除了向周围介质传热外，还有多余的热量用于进一步提高自身的温度，最后导致着火。物体表面边界层内混合物的温度梯度因此，可以把炽热物体表面边界层内混合物的温度梯度 作为炽热物体点燃的临界条件。根据上述点燃临界条件，可以计算出炽热物体点燃时的临界温度，即强燃温度Tqr。当物体表面温度高于Tqr，则该物体能够点燃可燃混合物，使其着火。强燃温度物体表面上的边界层 以平板形状的炽热物体为例，讨论强燃温度Tqr的计算。如图所示为一炽热平板，平板的表面温度为 Tqr，平板对其表面上气体边界层加热，形成一条温度边界曲线，对距平板表面为x、厚度为dx的一层微元气体进行平衡分析。设该微元气体的表面积为A，导热系数为，进口温度为T，则导入热量为：导出热量为：即 可燃微元气体在温度T时化学反应产生的热量为：微元气体热平衡为：即 整理得 上式乘上dT再进行积分可得：由于 则有（5-a）假定边界层内气体浓度均匀分布，则边界层内化学反应速度便取决于阿累尼乌斯因子 。右图表示阿累尼乌斯因子随温度变化的曲线。该曲线开始时上升缓慢，以后越来越陡，反应速度变化很大。为了简化，认为边界层内的化学反应全部集中发生在壁面附近的高温区，即从温度Tqr至 之间的那一层内，并且假定这一层内的反应速度都等于温度为Tqr时的速度值，在上图中，即以折线0-1-2-3代替 曲线0-3。图5-a k-T曲线的简化 对于简化层，壁面处温度为Tqr且 ，而在外层点1的平面上，温度为 且 。由于假定在点1的外面已没有化学反应，且点1的温度接近于表面温度Tqr，所以点1平面向外散热近似地可由下式表示：由传热学可知，努谢尔特准则数为 则（5-b）对式（5-a）从Tqr到 进行积分得 即 把式（5-b）代入上式，得 所以（5-c）从图5-a可知，定积分 为线段2-3下面的面积，因而等于 ，代入式（5-c）得：（5-d）由式（5-d）可以解出强燃温度Tqr，解出的强燃温度一般都在1000以上，比自燃着火温度高数百度。式（5-d）中的决定性尺寸L对于平板而言是指平板与其它物体之间的距离，对于其它形状的物体也可导出类似的方程式以求解强燃温度Tqr。1）炽热平板的长度；2）对流换热Nu数；3）气流的压力；4）气流的导热系数；5）燃料的活化能；6）燃料的发热量；对强迫点燃难易程度的影响。L，Tqr Nu（气流速度（气流速度上升，K2，散热增大），Tqr P（C）,Tqr 、E，Tqr四、电火花点火四、电火花点火 n两种理论两种理论 热理论（热机理）热理论（热机理）较高压力较高压力电理论电理论 (链锁机理）链锁机理）低压力低压力 实验表明，以上两种机理并不矛盾，而是同时实验表明，以上两种机理并不矛盾，而是同时存在的。存在的。电火花点燃可大体上分为两个阶段:（一）高温的电火花使局部可燃混合物着火，形成初始火焰中心，（二）初始火焰向新鲜可燃混合物传播。如果C1是电容器的电容，V1和V2分别表示产生火花前后电容器的电压，则放电的能量为 对于给定组成的可燃混合气，只有当放电的能量足够大时，由电火花形成的火焰才能开始向外传播，可燃混合气才能被点燃，点燃可燃混合气所需的能量称为点火能Ec。n n电火花点火的特点电火花点火的特点电火花点火的特点电火花点火的特点 能量不大，但能量不大，但能量不大，但能量不大，但瞬间在小范围内产生高温瞬间在小范围内产生高温瞬间在小范围内产生高温瞬间在小范围内产生高温 。电火花点火后在空间产生的温电火花点火后在空间产生的温度分布与变化度分布与变化n n电火花点火方法电火花点火方法电火花点火方法电火花点火方法 将两电极之间的空隙所产生的电火花或电弧作为外将两电极之间的空隙所产生的电火花或电弧作为外将两电极之间的空隙所产生的电火花或电弧作为外将两电极之间的空隙所产生的电火花或电弧作为外加热源，使附近可燃混合物温度升高和活性分子浓度加热源，使附近可燃混合物温度升高和活性分子浓度加热源，使附近可燃混合物温度升高和活性分子浓度加热源，使附近可燃混合物温度升高和活性分子浓度增加而点燃。增加而点燃。增加而点燃。增加而点燃。(a)(b)研究电火花点火的电极研究电火花点火的电极 (a)(a)无法兰的电极无法兰的电极 (b)(b)有法兰的电极有法兰的电极 圆形玻璃法兰圆形玻璃法兰d dq q淬熄距离淬熄距离（Quenching distance)Emin临界点火能临界点火能（最小点火能最小点火能）n n电火花点火原理电火花点火原理电火花点火原理电火花点火原理点火能随电极距离的变化关系点火能随电极距离的变化关系 (a)最小点火能和熄火距离最小点火能和熄火距离 （b）电极法兰直径的影响）电极法兰直径的影响 n n ddq：随：随d的增加，点火能的增加，点火能E不断减少，开始减少很快，不断减少，开始减少很快，然后变慢，达到最小值以后，进一步增加然后变慢，达到最小值以后，进一步增加d又会使其增又会使其增加；加；nEEmin：对任何电极距离，混合物均不能着火；：对任何电极距离，混合物均不能着火；n只有只有E-d曲线以上才有可能着火；曲线以上才有可能着火；n随电极法兰直径的增加，着火区域缩小；随电极法兰直径的增加，着火区域缩小；E Eminmin和和d dq q主要与混合气的物理化学性质、压力、速度主要与混合气的物理化学性质、压力、速度和温度有关，而与电极几何形状及材料的关系较少。和温度有关，而与电极几何形状及材料的关系较少。E Eminmin和和d dq q表征不同混合气的着火性能。表征不同混合气的着火性能。试验得出：试验得出：试验得出：试验得出：E EminminKdKdq q2 2n nE Eminmin 和和和和d dq q随过量空气系数而变化随过量空气系数而变化随过量空气系数而变化随过量空气系数而变化n n接近化学计量比组接近化学计量比组接近化学计量比组接近化学计量比组 成的混合气，最小成的混合气，最小成的混合气，最小成的混合气，最小 点火能和淬熄距离点火能和淬熄距离点火能和淬熄距离点火能和淬熄距离 为最小；为最小；为最小；为最小；n n随碳氢化合物分子随碳氢化合物分子随碳氢化合物分子随碳氢化合物分子 量的增加，着火区量的增加，着火区量的增加，着火区量的增加，着火区 域及最小点火能量域及最小点火能量域及最小点火能量域及最小点火能量 的极限值均向燃料的极限值均向燃料的极限值均向燃料的极限值均向燃料 较浓一侧偏移；较浓一侧偏移；较浓一侧偏移；较浓一侧偏移；n n最小点火能与混合最小点火能与混合最小点火能与混合最小点火能与混合 气气流流速有关。气气流流速有关。气气流流速有关。气气流流速有关。最小点能和淬熄距离随过量空气系数的变化关系最小点能和淬熄距离随过量空气系数的变化关系1-1-甲烷甲烷 2-2-乙烷乙烷 3-3-丙烷丙烷 4-4-庚烷庚烷一些常见的可燃气体混合物的最小点火能ECmin与熄火距离dq。室温和大气压力下，化学计量比混合物的熄火距离和最小点火能 ECmin xf关系 ECmin与燃料空气比xf（以燃料在可燃混合物中的体积百分比表示）的关系。注：*估计值 *分别以氩、氦代替空气中的氮 电火花点火模型 以静止混合气中电火花点火为例来讨论如何计算最小点火能。假定火花加热区是球形；电极间距离足够大（大于或等于球形火花直径），反应为二级反应；球形火花的温度为绝热火焰温度Tm；从球心到球边上的温度是均匀一致的；环境温度为T0，在点火成功的时刻，在火焰厚度内形成由温度Tm变到T0的稳定温度分布，如图所示。点燃一旦成功，便形成稳定的火焰传播。在传播开始的瞬间必然满足如下关系：化学反应放热等于火球表面导走的热量，（5-1）上式中右边的温度梯度可近似简化为下式：（5-2）其中是火焰前锋面宽度，若进一步假设火焰厚度与最小火球半径成正比关系，即（5-3）其中A1为比例系数，将式（5-2）、（5-3）代入式（5-1）得（5-4）假设电火花点燃混合气时，火花附近的混合气成分接近化学当量比，则有 把上式代入式（5-4），则（5-5）最小火球用电火花点燃所需的电火花能量为 式中k1是修正系数。把式（3-5）代入点燃最小火球的电火花能量ECmin的式子中，得（5-6）要使可燃混合物顺利着火，应:提高混合物的温度、压力，尽可能选择比热容和导热系数较低的混合物；尽量使混合物各组分接近化学计量比。如果混合气体流动为湍流，则应降低湍流强度。电极之间的距离接近熄火距离sq时，上述诸因素之间也存在一定的关系，有些影响可能是相互矛盾的，在具体应用时应慎重考虑。五、火焰点燃火焰点燃主要用于着火比较困难的燃料（如低发热量的煤气、重油、煤粉等）。通常采用多级点火方式。火焰点燃的物理模型可抽象为热射流点燃。如图所示。设由直径为d0的圆管中射出一股高温燃烧产物，其温度为Tm，速度为um。而周围的环境为可燃混合物，它的温度、速度分别为T0和u0，它们之间的温度比T0/Tm1。火焰点燃的物理模型 其中xi称为着火距离，xp称为传播火焰位置。实验表明，着火距离xi 及传播火焰位置xp 与点燃火焰的温度Tm、火焰点火器的安装位置、可燃混合物的性质、空气系数、温度以及速度都有很大关系。初始火焰与传播火焰示意图 xi与xp与Tm的关系 六、点火的可燃界限六、点火的可燃界限 混合比对最小点火能的影响混合比对最小点火能的影响 点火存在着一定的点火存在着一定的浓度界限浓度界限和和压力极限压力极限。n混合气的组成为（或接近）化学计混合气的组成为（或接近）化学计 量比时，量比时，E Eminmin最小；最小；n混合气变得较稀或较浓，混合气变得较稀或较浓，E Eminmin 开始开始 缓慢增加，然后陡然升高；缓慢增加，然后陡然升高；n混合气存在一浓度界限混合气存在一浓度界限x1和和x2，只，只 有浓度在有浓度在x1x2范围内才可能着火，范围内才可能着火，小于小于x1或大于或大于x2，即非常稀或非常，即非常稀或非常 浓时，在任何浓时，在任何Emin下也无法着火。下也无法着火。影响可燃极限的因素很多，其中大部分可由实验测定:（1）压力的影响不同压力下乙烷和空气混合气体的可燃极限 两种不同混合物的可燃极限（2）流速的影响 流速的影响主要表现在传热上。气流速度加大，传热损失增加，燃料显然不容易着火。流速对可燃极限的影响（3）可燃混合物初温的影响 提高可燃混合物的温度，对大多数烃类燃料-空气混合气而言，可使其可燃界限变宽，如图所示。实验证明，温度对点燃界限的影响主要反映在上限，而对下限则没有什么影响。氢和空气混合物的初温对可燃极限的影响（4）掺入其它物质的影响 实验证明，在可燃混合物中掺入一定量的不可燃气体如N2、CO2、Ar、He等将会使着火范围变窄。不可燃气体的掺入对着火界限的影响主要反映在着火上限，使上限下降，而对下限的影响则不明显。可燃混合物掺入惰性气体对可燃极限的影响 当在可燃混合物中加入另一种可燃物质时，其可燃极限一般介于两者之间。着火过程及方式着火过程及方式链反应速度链反应速度链反应的发展过程链反应的发展过程着火的热自燃理论着火的热自燃理论着火的链式反应理论着火的链式反应理论强迫着火强迫着火强迫着火过程强迫着火过程常用点火方法常用点火方法电火花点火电火花点火链反应的延迟期链反应的延迟期着火方式与机理着火方式与机理着火温度着火温度热自燃过程分析热自燃过程分析着火温度求解着火温度求解谢苗诺夫公式谢苗诺夫公式热自燃界限热自燃界限热自燃的延迟期热自燃的延迟期点火的可燃界限点火的可燃界限影响可燃极限的因素影响可燃极限的因素重点回顾重点回顾