自燃理论燃烧学基础-课件

第一第一节节 谢谢苗苗诺诺夫自燃理夫自燃理论论一、一、热热自燃理自燃理论论的的基本出基本出发发点点 体系能否着火取决于化学反体系能否着火取决于化学反应应放放热热因素因素与体系与体系向向环环境境散散热热因素因素的相的相对对大小。如果反大小。如果反应应放放热热占占优势优势，体系就会出体系就会出现热现热量量积积累，温度升高，反累，温度升高，反应应加速，出加速，出现现自燃。反之，不能自燃。自燃。反之，不能自燃。二、二、谢谢苗苗诺诺夫自燃理夫自燃理论论 谢谢苗苗诺诺夫自燃理夫自燃理论论的基本出的基本出发发点：自然体系的点：自然体系的着火成功与否取决于着火成功与否取决于放放热热因素因素和和散散热热因素因素的相互关的相互关系。系。1 1-放放热热因因素素散散热热因素因素放放热热因素因素散散热热因因素素热热量量积积累累热热量量积积累累能能不能不能2 2-二、二、热热自燃理自燃理论论的研究的研究对对象和模型象和模型 研究研究研究研究对对对对象：象：象：象：内部充内部充内部充内部充满预满预满预满预混可燃气体的容器，容器混可燃气体的容器，容器混可燃气体的容器，容器混可燃气体的容器，容器外外外外环环环环境温度境温度境温度境温度为为为为T T0 0 简简简简化假化假化假化假设设设设:（1 1）设设设设容器体容器体容器体容器体积为积为积为积为V V，表面，表面，表面，表面积为积为积为积为A A。（2 2）壁温与混气温度始）壁温与混气温度始）壁温与混气温度始）壁温与混气温度始终终终终相同，开始相同，开始相同，开始相同，开始时时时时二者均二者均二者均二者均为为为为T T0 0，随着，随着，随着，随着反反反反应进应进应进应进行二者温度上升行二者温度上升行二者温度上升行二者温度上升为为为为T T。（3 3）容器中各点的温度、）容器中各点的温度、）容器中各点的温度、）容器中各点的温度、浓浓浓浓度相同。度相同。度相同。度相同。（4 4）容器中既无自然）容器中既无自然）容器中既无自然）容器中既无自然对对对对流，也无流，也无流，也无流，也无强强强强迫迫迫迫对对对对流。流。流。流。（5 5）环环环环境与容器之境与容器之境与容器之境与容器之间间间间有有有有对对对对流流流流换热换热换热换热，对对对对流流流流换热换热换热换热系数系数系数系数为为为为h h，它不，它不，它不，它不随温度随温度随温度随温度变变变变化。化。化。化。（6 6）着火前反）着火前反）着火前反）着火前反应应应应物物物物浓浓浓浓度度度度变变变变化很小。化很小。化很小。化很小。3 3-放放热热速率、散速率、散热热速率速率放放放放热热热热速率：速率：速率：速率：单单单单位位位位时间时间时间时间体系中的混气由化学反体系中的混气由化学反体系中的混气由化学反体系中的混气由化学反应应应应放出放出放出放出的的的的热热热热量。用量。用量。用量。用QQ1 1表示表示表示表示.散散散散热热热热速率：速率：速率：速率：单单单单位位位位时间时间时间时间体系中的混气平均向外界体系中的混气平均向外界体系中的混气平均向外界体系中的混气平均向外界环环环环境境境境散散散散发发发发的的的的热热热热量。用量。用量。用量。用QQ2 2表示。表示。表示。表示。4 4-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （一）放（一）放热热速率与散速率与散热热速率速率 放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：能量守恒：能量守恒：5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-1010-数形数形结结合法：合法：放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：TT0决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，h，P1111-放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：TT1212-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素：T0，h，P变变变变变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变1313-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：h，P一定；一定；T0变变！TabcT03放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：T02T011414-Tabc决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：h，P一定；一定；T0变变！a a点：点：稳稳定点，定点，体系只能体系只能稳稳定在交点定在交点处处作低温、作低温、缓缓慢的氧化反慢的氧化反应应，反，反应应无法加速，体系不能着火；无法加速，体系不能着火；b b点：点：非非稳稳定点，定点，但是但是热热力学非自力学非自发发状状态态。c c点：点：临临界点，界点，标标志着体系志着体系处处于由于由维维持持低温、低温、稳稳定氧化反定氧化反应应状状态态到不能到不能维维持持这这种状种状态态（即到加速反（即到加速反应应状状态态）的）的过过渡状渡状态态，体，体现现了体系了体系热热自燃着火条件。自燃着火条件。T Tc c出出现现火焰的火焰的最最低低临临界温度界温度，为该为该条件下的条件下的自燃自燃点点。Tc放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：T03T02T011515-Tabc决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：h，P一定；一定；T0变变！T03相交：相交：不能自燃；不能自燃；相切：相切：发发生自燃的生自燃的临临界条件界条件；相离：相离：放放热热 散散热热，热热量量积积累温度升高，累温度升高，一定能自一定能自燃燃。Tc放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：T02T011616-Tabc决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：h，P一定；一定；T0变变！T0Tc放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：T02T013自燃重要的准自燃重要的准则则：壁温壁温T02是个是个临临界界值值，超超过这过这个温度，反个温度，反应应就会不断加速直至着就会不断加速直至着火，火，该该温度称温度称为为临临界界环环境温度境温度，用，用Ta,cr表表示。示。1717-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素：T0，h，P变变变变变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变1818-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，P一定；一定；h变变！TT0放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：1919-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，P一定；一定；h变变！TT0放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：a a点：点：b b点：点：c c点：点：相交：相交：相切：相切：相离：相离：abc2020-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，P一定；一定；h变变！TT0放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：abc自燃重要的准自燃重要的准则则：斜率斜率h02是个是个临临界界值值，超超过这过这个个对对流流换热换热系系数，反数，反应应就会不断加就会不断加速直至着火，速直至着火，该该斜率斜率称称为为临临界界对对流流换热换热系系数数，用，用Ha,cr表示。表示。2121-决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素：T0，h，P变变变变变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变2222-TT0决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，h一定；一定；P变变！放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：2323-TT0决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，h一定；一定；P变变！放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：a a点：点：b b点：点：c c点：点：相交：相交：相切：相切：相离：相离：abc2424-TT0决定曲决定曲线线位置关系的因素位置关系的因素 ：T0，h一定；一定；P变变！放放热热速率：速率：散散热热速率：速率：abc自燃重要的准自燃重要的准则则：反反应压应压力力P02是个是个临临界界值值，体系超，体系超过这过这个个压压力，反力，反应应就会不断加就会不断加速直至着火，速直至着火，该压该压力力称称为为临临界反界反应压应压力力，用用Pa,cr表示。表示。2525-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力 放放热热量越大，越容易自燃；放量越大，越容易自燃；放热热量越小，越不容易自量越小，越不容易自燃。燃。放放热热量的增大，量的增大，临临界点界点C C的位置的位置左移左移，说说明自燃点随明自燃点随放放热热量的增大而减小。量的增大而减小。2626-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素温度升高，化学反温度升高，化学反应应速度提高，放速度提高，放热热量增大，易量增大，易发发生自生自燃。燃。1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力2727-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素催化物降低反催化物降低反应应活化能，加快反活化能，加快反应应速度。速度。少量水分少量水分可以起到可以起到催化催化剂剂的效果，的效果，自燃点自燃点较较高的物高的物质质含有少量的含有少量的低自燃点物低自燃点物质质。1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力2828-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素在散在散热热条件相同的情况下，比表面条件相同的情况下，比表面积积越大越大，越容易自越容易自燃燃。1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力2929-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素不同的物不同的物质质有不同的影响有不同的影响 新煤、新制新煤、新制备备的金属粉末；的金属粉末；旧硝化棉旧硝化棉1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力3030-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （二）放（二）放热热速率的影响因素速率的影响因素 压压力越大力越大，反，反应应物密度越大，物密度越大，单单位体位体积积产产生的生的热热量越多，量越多，易易发发生自燃生自燃。1 1、发热发热量量2 2、温度、温度3 3、催化物、催化物质质4 4、比表面、比表面积积5 5、新旧程度、新旧程度6 6、压压力力3131-三、三、热热自燃理自燃理论论的着火条件的着火条件 （三）散（三）散热热速率的影响因素速率的影响因素1 1、导热导热作用作用 导热导热系数越小，越易蓄系数越小，越易蓄热热，易自燃；，易自燃；2 2、对对流流换热换热作用作用 对对流流换换热热作作用用差差的的，容容易易自自燃燃。如如：通通风风不良角落不良角落处处的浸油的浸油纱团纱团或棉布；或棉布；3 3、堆、堆积积方式方式 大大量量堆堆积积的的粉粉末末或或叠叠加加的的薄薄片片物物体体。如如：桐油布雨桐油布雨伞伞、雨衣。、雨衣。注意：注意：评评价堆价堆积积方式的参数是方式的参数是表面表面积积/体体积积比，此比比，此比值值越大，散越大，散热热能力越能力越强强，自燃点越，自燃点越高。高。3232-四、四、热热自燃理自燃理论论中的着火感中的着火感应应期期 直直观观定定义义：可燃体系由：可燃体系由开始开始发发生化学反生化学反应应到到着着火燃火燃烧烧的一段的一段时间时间。热热着火理着火理论论中的定中的定义义：可燃体系在已：可燃体系在已满满足足热热着着火条件的情况下，由火条件的情况下，由初始状初始状态态到到温度开始温度开始骤骤然然上升上升瞬瞬间间所需要的所需要的时间时间。着火感着火感应应期的期的存在原因存在原因：可燃体系在着火前由：可燃体系在着火前由低温化学反低温化学反应应到高温燃到高温燃烧烧反反应应，需要有个，需要有个热热量量逐逐渐积渐积累、温度逐累、温度逐渐渐上升上升过过程程，反，反应应才能自才能自动动加速，而加速，而这这个个过过程是需要程是需要时间时间的。的。3333-TabcT0TcTTct（一）（一）T-tT-t曲曲线图线图四、四、热热自燃理自燃理论论中的着火感中的着火感应应期期 3434-一、一、理理论论分析分析 1 1、基本出基本出发发点：点：FK 理理论论：谢谢氏理氏理论论：第二第二节节 弗弗兰兰克克-卡卡门门涅茨基自燃理涅茨基自燃理论论Frank-Kamenetski 自自热热体系能否着火取决于其体系能否着火取决于其 放放热热因素因素和和散散热热因素因素的相互关系的相互关系 自自热热体系能否着火，取决于体系能否着火，取决于 体系能否得到体系能否得到稳态稳态的温度分布的温度分布3535-稳态稳态温度分布温度分布非非稳态稳态温度分温度分布布TT不随不随时间变时间变化化着火着火不着火不着火临临界状界状态态形式形式简单简单有解有解无解无解不着火不着火着火着火3636-自自热热体体系系温温度度分分布布示示意意图图 吼吼吼精油吼吼吼精油（a a）谢谢苗苗诺诺夫模型夫模型 （b b）F K 模型模型3737-