第三章著火理論主要內容第一節謝苗列夫熱自燃理論第二節弗蘭克-卡門涅茨基熱自燃理論第三節連鎖自燃理論第四節強迫著火理論第一節謝苗列夫熱自燃理論基本思想著火是放熱因素和散熱因素相互作用的結果；放熱因素占優勢，則著火，反之不能自燃。物理模型容器壁的溫度為T0，并保持不變；反應系統的溫度和濃度都是均勻的；由反應系統向器壁的傳熱系數為α，且不隨溫度而變化；反應系統放出的熱量Q為常數（J/mol）。假定容器的容積為V，反應速度為W，則單位時間內反應系統所放出的熱量為：在自發著火前，反應速度為：放熱速度與溫度之間是指數函數關系。單位時間內通過容器壁散發的熱量為：散熱速度與溫度之間是直線函數關系。著火判據溫度放熱及散熱速度故系統自燃的條件：不僅放熱和散熱的速率相等，而且兩者隨溫度變化的速度也相等。即：混合氣的著火溫度不是一個常數，它隨著混合氣的性質、壓力（濃度）、容器壁的溫度、導熱系數和容器的尺寸變化而變化。當體系不自燃時，欲使其達到臨界著火條件，可采用的方法：

提高器壁溫度；

減少對流換熱系數或減少表面積；

增大體系壓力或提高反應物濃度；

降低活化能。第一節謝苗列夫熱自燃理論著火溫度與器壁溫度的關系由系統自燃的條件，將上面的q1和q2都代入下式有根據下面的條件，對上式求導得兩式相除：解，得取負號，并將根式按泰勒級數展開第一節謝苗列夫熱自燃理論著火時混合氣壓力與其他參數的關系將TB代入得由于則故設反應物總摩爾濃度為C，則C=CA+CB，xA表示燃料的摩爾分數，xB表示空氣的摩爾分數，則同時，在著火條件下，由，有將CA、CB換成壓力與溫度的函數，則此即為著火條件下混合氣體壓力與溫度及其他參數關系。當其他條件已知，如果混合氣體壓力小于pc值，則不能著火。如果大于該值則可以著火兩邊取對數，有：從上式可以看出，在一定的容器和混合氣成分條件下，只有初始溫度和臨界壓力兩個變量。上式還可以變成如下：則溫度T0混合氣體壓力pc爆炸區無爆炸區當混合氣成分和容器形狀不變時，外界溫度越高，則著火所需的臨界壓力越小混合氣成分對著火有密切的關系；燃燒室的體積和容器散熱面積的比值對著火的臨界壓力也有影響。無爆炸區爆炸區燃料濃度無爆炸區爆炸區燃料濃度第二節弗—卡熱自燃理論背景謝理論假定的是反應體系內部溫度均勻當Bi較大時（＞10），假設不成立弗—卡理論考慮溫度分布的不均勻性。第二節弗—卡熱自燃理論弗—卡理論物質堆放→緩慢氧化→溫度升高→邊界散熱：如果體系不具備自燃環境：經過一段時間，分布穩定，此時生熱與散熱相等；如果具備自燃條件：過一段時間，系統著火。當不具備自燃條件時，得到穩態溫度分布方程：引入無因次溫度θ和無因次距離x1、y1、z1：故

故

代入穩態方程，整理得代入穩態方程，整理得邊界條件：

在邊界面上：

在最高溫度處：從上式可以看出，前面微分方程的解完全受x0/y0、x0/z0和δ控制，即物體內部的穩態溫度分布取決于物體的形狀和δ的大小。當物體的形狀確定后，其穩態溫度分布則取決于δ的值。由式可知，δ表征物體內部化學放熱和通過邊界向外散熱的相對大小。因此，當δ大于某一臨界值δcr時，方程無解，即物體內部不能得到穩態溫度分布。當δ＝δcr時，與體系有關的參數均為臨界參數，此時的環境溫度稱為臨界環境溫度Ta,cr，體系的尺寸x0稱為自燃的臨界尺寸x0c。

由式得如果物質以無限大平板、無限長圓柱體、球體和立方體等簡單形狀堆積，則內部導熱均可歸納為一維導熱形式，則相應的導熱方程式為：厚度為2x0的無限大平板，β＝0；半徑為x0的無限長圓柱，β＝1；半徑為x0的球體，β＝2；對連長為2x0的立方體，β＝3.28。相應的無量綱化方程，得簡單外形的臨界自燃準則參數δcr為：無限大平板堆積方式，δcr＝0.88；無限長圓柱體，δcr＝2；球體，δcr＝3.32；立方體，δcr＝2.52。第二節弗—卡熱自燃理論理論應用預測自燃發生的可能性。第三節連鎖自燃理論鏈式著火前面多次提到連鎖自然著火條件速度取決于活化中心增加的速度，其濃度增加依靠：分子熱運動和連鎖分支數。任何時刻活化中心都可能被消滅，銷毀速度與本身濃度成正比。假設n0為反應開始時由于熱作用而形成活化中心的速率，f為鏈分支反應的動力學參數，g為鏈終斷反應的動力學參數，n為活化中心的濃度，則活化中心隨時間的變化速率為

令，則當t＝0時，n＝0，則對上式積分：如果以a表示一個活化中心參加反應后生成最終產物的分子數，那么生成最終產物的速率為：

當，則此時反應速率：當

較大時，則，再略去1，則有取對數，并整理得：第四節強迫著火理論強迫著火也稱點燃，熾熱高溫物體接觸，使混合氣體的一小部分首先著火，形成局部火焰核心，然后這個火焰核心再把鄰近的混合氣點燃，并逐層依次引起火焰傳播，從而使整個混合氣燃燒起來。與自發著火的區別強迫是首先局部，自發是整個空間；強迫溫度要高的多；強迫過程要復雜的多；強迫比自發影響因素復雜。共同點第四節強迫著火理論強迫點燃方法熾熱物體點燃電火花點燃火焰點燃強迫著火理論繪圖說明，解釋教材第四節強迫著火理論電火花點火機理熱