防火防爆理论及技术第3章.pptVIP

第四节 强迫着火理论 电火花点火 机理 热理论 电理论 引燃最小能量 定义：当电极间隙内的混气比、温度、压力一定时，为了形成初始火焰中心，电极放电能量必须有一最小极值，这个最小放电能量就是引燃最小能量。 影响因素：热容、导热系数、燃烧热、压力、初温、活化能 电极熄火距离 定义：不能引燃混全气体的电极间的最大距离。 第三章 着火理论 主要内容 第一节 谢苗列夫热自燃理论 第二节 弗兰克-卡门涅茨基热自燃理论 第三节 连锁自燃理论 第四节 强迫着火理论 第一节 谢苗列夫热自燃理论 基本思想 着火是放热因素和散热因素相互作用的结果； 放热因素占优势，则着火，反之不能自燃。 物理模型 容器壁的温度为T0，并保持不变； 反应系统的温度和浓度都是均匀的； 由反应系统向器壁的传热系数为α，且不随温度而变化； 反应系统放出的热量Q为常数（J/mol）。 假定容器的容积为V，反应速度为W，则单位时间内反应系统所放出的热量为： 在自发着火前，反应速度为： 放热速度与温度之间是指数函数关系。 单位时间内通过容器壁散发的热量为： 散热速度与温度之间是直线函数关系。 着火判据 温度 放热及散热速度 故系统自燃的条件：不仅放热和散热的速率相等，而且两者随温度变化的速度也相等。即： 混合气的着火温度不是一个常数，它随着混合气的性质、压力（浓度）、容器壁的温度、导热系数和容器的尺寸变化而变化。 当体系不自燃时，欲使其达到临界着火条件，可采用的方法： 提高器壁温度； 减少对流换热系数或减少表面积； 增大体系压力或提高反应物浓度； 降低活化能。 第一节 谢苗列夫热自燃理论 着火温度与器壁温度的关系 由系统自燃的条件，将上面的q1和q2都代入下式 有 根据下面的条件，对上式求导得 两式相除： 解，得 取负号，并将根式按泰勒级数展开 第一节 谢苗列夫热自燃理论 着火时混合气压力与其他参数的关系 将TB代入得 由于 则 故 设反应物总摩尔浓度为C，则C=CA+CB，xA表示燃料的摩尔分数， xB表示空气的摩尔分数，则 同时，在着火条件下，由 ，有 将CA、CB换成压力与温度的函数，则 此即为着火条件下混合气体压力与温度及其他参数关系。当其他条件已知，如果混合气体压力小于pc值，则不能着火。如果大于该值则可以着火两边取对数，有： 从上式可以看出，在一定的容器和混合气成分条件下，只有初始温度和临界压力两个变量。上式还可以变成如下： 则 温度T0 混合气体压力 pc 爆炸区 无爆炸区 当混合气成分和容器形状不变时，外界温度越高，则着火所需的临界压力越小 混合气成分对着火有密切的关系； 燃烧室的体积和容器散热面积的比值对着火的临界压力也有影响。 无爆炸区 爆炸区 燃料浓度 无爆炸区 爆炸区 燃料浓度 第二节 弗—卡热自燃理论 背景 谢理论假定的是反应体系内部温度均匀 当Bi较大时（＞10），假设不成立 弗—卡理论 考虑温度分布的不均匀性。 第二节 弗—卡热自燃理论 弗—卡理论 物质堆放→缓慢氧化→温度升高→边界散热： 如果体系不具备自燃环境：经过一段时间，分布稳定，此时生热与散热相等； 如果具备自燃条件：过一段时间，系统着火。 当不具备自燃条件时，得到稳态温度分布方程： 引入无因次温度θ和无因次距离x1、y1、z1： 故 故 代入稳态方程，整理得 代入稳态方程，整理得 边界条件： 在边界面上： 在最高温度处： 从上式可以看出，前面微分方程的解完全受x0/y0、x0/z0和δ控制，即物体内部的稳态温度分布取决于物体的形状和δ的大小。当物体的形状确定后，其稳态温度分布则取决于δ的值。 由式可知，δ表征物体内部化学放热和通过边界向外散热的相对大小。因此，当δ大于某一临界值δcr时，方程无解，即物体内部不能得到稳态温度分布。当δ＝δcr时，与体系有关的参数均为临界参数，此时的环境温度称为临界环境温度Ta,cr，体系的尺寸x0称为自燃的临界尺寸x0c。 由式得 如果物质以无限大平板、无限长圆柱体、球体和立方体等简单形状堆积，则内部导热均可归纳为一维导热形式，则相应的导热方程式为： 厚度为2x0的无限大平板，β＝0；半径为x0的无限长圆柱，β＝1；半径为x0的球体，β＝2；对连长为2x0的立方体，β＝3.28。 相应的无量纲化方程，得 简单外形的临界自燃准则参数δcr为：无限大平板堆积方式， δcr ＝0.88；无限长圆柱体， δcr ＝2；球体， δcr ＝3.32；