第 3 章 1 着火理论.ppt

第三章 着火和灭火理论 可燃物的着火方式，一般分为下列几类： 化学自燃 热自燃 点燃（或称强迫着火） 自燃：可燃物在无外部火源作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的燃烧的现象。 点燃引燃：可燃物局部受到火花、炽热物体等高温热源的强加热作用而着火，然后依靠燃烧波传播到真个可燃烧中。 T0--环境温度； h--对流换热系数； p--预混气压力； d--容器直径； u∞--环境气流速度 着火理论 一、谢苗诺夫自燃理论 二、谢苗诺夫自燃理论的应用 三、谢苗诺夫自燃理论的局限性 1. 基本思想： 某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反应，反应产生的热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散热时，体系的温度升高，化学反应速度加快，产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至着火燃烧。 物理模型 其中： 容器体积：V 容器表面积：S 环境温度：T0 对流换热系数：h 容器内部装入预混燃气，气体温度、浓度均匀 a点工况： TTa时，qgql，温度升高到TA; TTa时，qgql，温度降低到TA; b点工况： TTb时，qgql，温度降低到TA; TTb时，qgql，温度持续升高， 将发生着火; c点工况： TTc时，qgql，温度升高到TC; TTc时，qgql，温度自动升高， 系统反应加速，将发生着火; T0 继续升高，二线分离 3. 理论分析 化学反应速率 热生成速率 散热速率 系统升温速率 着火的临界条件：2条曲线相切于B点 放热速率的影响因素 发热量：包括氧化反应热、分解反应热、聚合反应热、生物发酵热、吸附热等，发热量越大，越容易发生自燃，发热量越小，则发生自燃所需要的蓄热条件越苛刻（即保温条件好或散热条件差），越不容易着火。 催化物质：催化物质可以降低反应的活化能，能加快反应速率。（当然自燃点较高的物质添加少量的低自燃点的物质也认为是一种催化物质） 散热速率的影响因素 导热作用：可燃体系导热系数越小，则散热速率越小，体系越容易产生中心蓄热，促进反应物的进行而导致自燃。 改变体系自燃状态的方法 ① 改变散热条件 ②增加放热 二、谢苗诺夫自燃理论的应用 着火感应期 着火极限 浓度极限 压力极限 温度极限 着火感应期的直观意义：混合气由开始化学反应到燃烧出现所经历的时间。 1. 着火感应期?（也称为着火延迟时间、诱导期） 定义：体系的温度从T0自发升高到TB所需的时间 2. 爆炸极限 爆炸浓度极限如：甲烷/空气：5～15% 爆炸压力极限如：甲烷/空气：小于0.065MPa，不爆炸 爆炸温度极限如：甲烷/空气：小于690℃，不爆炸 临界点C是混合物从稳定状态过渡到爆炸反应状态的标志 （2）由放热速率方程及散热速率方程可得 （6）将其代入 式（3），整理可得 存在爆炸的浓度极限 温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。 温度下降至某一值，系统失去爆炸性———存在爆炸的温度极限 存在爆炸的浓度极限 压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。 压力下降至某一值，系统失去爆炸性——存在爆炸的压力极限 煤堆的自燃 三、谢苗诺夫自燃理论的局限性 固体可燃物的自燃 氢/氧体系的着火“半岛” 烃类气体燃烧的“冷焰”现象 卤代烷的高效灭火性能 3.3 弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论 谢苗诺夫热自燃理论适用范围： 适用于气体混合物，可以认为体系内部温度均一； 对于比渥数 Bi 较小的堆积固体物质，也可认为物体内部温度大致相等。 不适用于比渥数Bi大的固体。 弗兰克－卡门涅茨基热自燃理论 适用于比渥数Bi大的固体（物质内部温度分布的不均匀性 ） 以体系最终是否能得到稳态温度分布作为 自燃着火的判断准则 稳态分析方法 自燃准则参数δ 自燃临界准则参数 δcr （a）谢苗诺夫模型 （b）F-K模型 F-K 自燃理论的基本出发点： 1. 理论分析 当体系不具备自燃条件时，得到稳态温度分布方程 式中 为反应体系放热速率 为便于分析，引入无因次温度θ 和 无因次距离x1，y1，z1： x1=x/x0， y1=y/y0，z1=z/z0 x0， y0， z0是体系的特征尺寸，分别定义为体系在x， y， z轴方向上的长度 代入上式得： 式中： 边界条件：在边界面z1＝f1（x1，y1）上 θ＝0； 在最高