1、建筑環境與設備工程專業建筑環境與設備工程專業主講：陳德敏主講：陳德敏第九章第九章 預混可燃氣的著火與熄火預混可燃氣的著火與熄火 9-1閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論內容提要及大綱要求內容提要及大綱要求 概述概述 掌握不同著火方式的特點掌握不同著火方式的特點 閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 重點掌握閉口系統熱自燃理論的基本思重點掌握閉口系統熱自燃理論的基本思想想 分析熱自燃著火臨界條件分析熱自燃著火臨界條件 影響熱自燃著火臨界條件的因素影響熱自燃著火臨界條件的因素概概 述述 一、必要性一、必要性 1、燃燒設備、燃燒設備 2、消防與爆炸、消防與爆炸迅速而可靠的點燃迅速而可靠的點燃火焰穩

2、定火焰穩定防止著火防止著火熄熄 火火概概 述述 著火：著火： 在短時間內預混可燃氣體從在短時間內預混可燃氣體從較低的化學反應速較低的化學反應速率率迅速達到迅速達到較高化學反應速率較高化學反應速率的過程的過程 熄火熄火 從穩定強烈的放熱反應向無化學反應的過渡過從穩定強烈的放熱反應向無化學反應的過渡過程。程。概概 述述 二、著火方式二、著火方式 1、自燃：、自燃：可燃物在可燃物在無外部火源無外部火源作用，因作用，因受熱受熱或自身發熱并蓄熱而發生燃燒的現或自身發熱并蓄熱而發生燃燒的現象象。 熱自燃熱自燃:整個空間均勻加熱整個空間均勻加熱,T ,達某一溫度著火達某一溫度著火. 化學自燃化學自燃(鏈鎖自

3、燃鏈鎖自燃):化學反應產熱化學反應產熱,T 2、點燃、點燃(引燃引燃): 可燃物可燃物局部局部受高溫熱源加受高溫熱源加熱熱,T 發生燃燒的現象發生燃燒的現象概 述 著火方式的區別與聯系著火方式的區別與聯系 鏈鎖自燃與熱自燃均為整個空間的著火過程鏈鎖自燃與熱自燃均為整個空間的著火過程，鏈鎖自燃基于鏈鎖反應機理，熱自燃基于熱活鏈鎖自燃基于鏈鎖反應機理，熱自燃基于熱活化機理，但前者也有熱的作用，后者也有活性化機理，但前者也有熱的作用，后者也有活性中間產物的作用。中間產物的作用。 熱自燃與點燃的區別在于整體加熱與局部加熱，熱自燃與點燃的區別在于整體加熱與局部加熱，有無外界火源。著火機理均基于熱活化有無

4、外界火源。著火機理均基于熱活化。閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 基本思想基本思想： 當反應系統與周圍介質間當反應系統與周圍介質間熱平衡被破壞熱平衡被破壞時就發時就發生生著火著火。 著火、熄火的本質：著火、熄火的本質： 利于著火的因素利于著火的因素：反應：反應放熱放熱（放熱量與放熱速率）（放熱量與放熱速率） 不利于著火的因素不利于著火的因素：散熱散熱 反應放熱曲線與系統向環境散熱曲線相切，為反應放熱曲線與系統向環境散熱曲線相切，為著火著火臨界條件臨界條件。閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 反應放熱量反應放熱量=系統散熱量是臨界條件？系統散熱量是臨界條件？閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然

5、理論熱自燃著火臨界條件、影響因素分析熱自燃著火臨界條件、影響因素分析假設條件：假設條件：體積為體積為V,表面積為表面積為S,壁溫壁溫=T0=環境環境=預混可燃氣的溫度預混可燃氣的溫度 氣體瞬時溫度為氣體瞬時溫度為T,預混可燃氣體預混可燃氣體溫度、濃度化學反應速率處處相等溫度、濃度化學反應速率處處相等 忽略器壁的輻射換熱，容器與環忽略器壁的輻射換熱，容器與環境存在對流換熱境存在對流換熱, 且且 不變不變1. 著火前后物質濃度變化很小著火前后物質濃度變化很小VSTo=C（常數）T、C T=T()C=C() 熱收入熱收入：化學反應放熱熱支出熱支出：器壁導熱+熱力學能增量閉口系統熱自然理論閉口系統熱自

6、然理論 簡化后方程簡化后方程 （1） 常物性條件下：常物性條件下： 認為自燃的瞬間即達到穩定狀態認為自燃的瞬間即達到穩定狀態，故，故 ，簡化為：，簡化為： （3）(2) rTT22p c0T22rT熱力學能增量熱力學能增量熱損失熱損失生成熱生成熱rTrTcp 等式左邊等式左邊為散熱量，穩定的均勻散熱為：為散熱量，穩定的均勻散熱為： （直線）（直線） 式中：式中： 換熱系數換熱系數 T容器內混氣瞬時溫度容器內混氣瞬時溫度 Q2系統系統的散熱量的散熱量2022QTTSrTS閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 等式右邊等式右邊為為反應產生的熱量反應產生的熱量(溫度變量的形式溫度變量的形式)： 對于

7、一定的預混可燃氣體，對于一定的預混可燃氣體，式中式中q、V、k0、n、E均為均為定值。即定值。即C相當于初始濃度：相當于初始濃度： （曲線）（曲線）1RTEn0QeCqVkVWqRTEAQexp1閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論TQT02T01T0312B閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論作圖求解作圖求解滿足熱平衡的溫度，并分析滿足熱平衡的溫度，并分析Q2Q1閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論1 點點1之前，之前，Q1Q2 ，系統被，系統被加熱，溫度逐漸升高；加熱，溫度逐漸升高； 點點1處處Q1=Q2，過程穩定下來；過程穩定下來； 點點1后，后， Q2Q1 ，系統受，系統受到冷卻重新回

8、到到冷卻重新回到1點點 點點1處溫度不高，不能自動處溫度不高，不能自動加速到自然著火。加速到自然著火。例：處于例：處于儲存期的燃料。儲存期的燃料。反應放熱量與系統散熱量之間發生平衡不是熱自反應放熱量與系統散熱量之間發生平衡不是熱自燃著火的燃著火的充分條件充分條件低溫穩定點T01QTQ1Q2T1T1閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 2點，點，Q1=Q2， 1-2之間之間Q2Q1，1點過點過渡到渡到2點必須有外界熱量點必須有外界熱量加入加入 當過程稍向左，系統被當過程稍向左，系統被冷卻到冷卻到1點點 稍向右，系統能著火稍向右，系統能著火12Q2Q1Q2T01T02QT高溫不穩定點T2T2T2直

9、線與曲線有直線與曲線有一個交點和兩個交點一個交點和兩個交點均不能發生自燃均不能發生自燃閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 B點處點處Q1=Q2; B點左邊，點左邊， Q1Q2 ; B點右邊，點右邊， Q1Q2 ; B點為熱自然著火發生點為熱自然著火發生的臨界點，稱為的臨界點，稱為著火著火點點，TB稱為著火溫度稱為著火溫度。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TBQT2B著火臨界條件：著火臨界條件： Q1=Q2；BBTTTTdTdQdTdQ21閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論 初始溫度為初始溫度為 時時， Q1Q2 這種工況下，盡管可這種工況下，盡管可以發生自燃著火，但以發生自燃著火，但所對

10、應初始條件卻并所對應初始條件卻并非自然著火的臨界條非自然著火的臨界條件。件。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TBQTT03Q203T初始溫度的增加有利于自燃著火的發生初始溫度的增加有利于自燃著火的發生B閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論QTQ1Q2T01改變散熱條件改變散熱條件Q2Q2 加強系統的散熱，即增大 ，將使原有自然著火條件被破壞。 例如：易燃、易爆物例如：易燃、易爆物品倉庫加強通風品倉庫加強通風S閉口系統熱自然理論閉口系統熱自然理論QTQ2Q1Q1Q1P 提高系統的壓力，或者濃度，將有利于發生自然著火； 例如：柴油機氣缸內例如：柴油機氣缸內預混可燃氣高壓下自預混可燃氣高壓下自然著火。然著火。影響臨界著火條件因素：影響臨界著火條件因素：化學動力學因素化學動力學因素：燃料性質、混氣成分、環境溫度：燃料性質、混氣成分、環境溫度流體力學因素流體力學因素：氣流速度、燃燒室結構尺寸：氣流速度、燃燒室結構