【正文】 TE??第二節(jié) 燃?xì)獾狞c(diǎn)火 燃?xì)獾狞c(diǎn)火 ? 當(dāng)一微小熱源放入可燃混合物中時(shí)，則貼近熱源周圍的一層混合物被迅速加熱，使可燃混合物逐步著火燃燒。這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)制點(diǎn)火，簡稱點(diǎn)火。點(diǎn)火熱源可以是：灼熱固體顆粒、電熱線圈、電火花、小火焰等。 ? 強(qiáng)制點(diǎn)火要求點(diǎn)火源處的火焰能夠傳至整個(gè)容積，因此著火的條件不僅與點(diǎn)火源的性質(zhì)有關(guān)，而且還與火焰的傳播條件有關(guān)。 ? 現(xiàn)從熱力角度分析局部點(diǎn)火過程。有一熱金屬顆粒放入可燃混合物中，其附近的溫度分布示于圖 27，當(dāng)發(fā)生放熱反應(yīng)時(shí)，溫度梯度較小，因而從表面?zhèn)飨蚪橘|(zhì)的熱流也較小。當(dāng)顆粒溫度升高到某一臨界值 Tis時(shí)，表面?zhèn)飨蚪橘|(zhì)的熱流等于零。如果顆粒表面溫度稍高于 Tis則反應(yīng)加快，而大部分則流向周圍介質(zhì)。溫度臨界值 Tis就是強(qiáng)制點(diǎn)火的點(diǎn)火溫度。 圖 27 灼熱顆粒附近溫度分布 a— 在非可燃介質(zhì)中 b— 在可燃介質(zhì)中 燃?xì)獾狞c(diǎn)火 ? 點(diǎn)火成功時(shí)，在灼熱顆粒表面形成一火焰層，其厚度為 δ f?？捎稍摶鹧鎸拥臒崞胶馇蟮?。 ? 火焰層單位時(shí)間內(nèi)的傳導(dǎo)熱量 Q1 ? 層內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)放熱量 Q2 ? 按熱量平衡， Q1=Q2 式中 δ f—— 火焰層厚度； A—— 火焰層面積； λ —— 導(dǎo)熱系數(shù)； Tf—— 火焰溫度； T0—— 混合物起始溫度； H—— 混合物的燃燒熱； W—— 火焰層中燃燒反應(yīng)速度。 ? ?f01fTTQA????2fQ H W A?? ? ? ?? ?f02fTTHW?? ???一、熱球或熱捧點(diǎn)火 ? 將石英或鉑球投射入可燃混合物中，當(dāng)球體的溫度 Tw大于臨界值 Tis時(shí)，即發(fā)生點(diǎn)燃現(xiàn)象。在球體周圍厚度為 δ 的薄層中，溫度由 Tw直線下降至外部氣體介質(zhì)溫度 T0。假設(shè)熱量主要靠熱傳導(dǎo)散失，則點(diǎn)燃的條件是 ? 當(dāng) Tw=Tis時(shí)，上式為等號。此式表明，反應(yīng)層中的溫度梯度是支配點(diǎn)燃可能性的一個(gè)重要因素。 ? ?22 W044r H W r T T? ? ? ? ???2s0 24 iir H WTTNu ?????二、小火焰點(diǎn)火 ? 點(diǎn)燃可燃混合物所需的能量可由點(diǎn)火火焰供給。這時(shí)，引發(fā)點(diǎn)火的可能性取決于以下特性參數(shù)：可燃混合物組成、點(diǎn)火火焰與混合物之間的接觸時(shí)間、火焰的尺寸和溫度，以及混合強(qiáng)烈程度等。 ? 為簡化分析，設(shè)有一無限長的扁平點(diǎn)火火焰，當(dāng)作一維火焰進(jìn)行分析。將扁平火焰放入無限大的充滿可燃混合物的容器中。 ? 存在兩種情況。第一種情況是，當(dāng)扁平火焰的厚度小于某一臨界尺寸時(shí)，溫度場不斷衰減，最終使點(diǎn)火火焰熄滅。第二種情況是，火焰厚度大于臨界尺寸，混合物的放熱反應(yīng)能夠扭轉(zhuǎn)溫度場衰減的趨向，并能使火焰?zhèn)鞑?。?shí)驗(yàn)表明，扁平點(diǎn)火火焰的臨界厚度是火焰穩(wěn)定傳播時(shí)焰面厚度的兩倍。 ff2 2 2 ,ccy r r??? ? ? ? ?12f0cTTrHW? ???? ?????三、電火花點(diǎn)火 ? 把兩個(gè)電極放在可燃混合物中，通高壓電打出火花釋放出一定能量，使可燃混合物點(diǎn)著，稱為電火花點(diǎn)火。由于產(chǎn)生火花時(shí)局部的氣體分子被強(qiáng)烈激勵(lì)，并發(fā)生離子化，所以點(diǎn)火過程的機(jī)理十分復(fù)雜。 ? 用電火花進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)，先是由電火花加熱可燃混合物而使之局部著火，形成初始的火焰中心，隨后初始火焰中心向未著火的混合物傳播，使其燃燒。初始火焰中心能否形成，將取決于電極間隙內(nèi)的混合物中燃?xì)獾臐舛?、壓力、初始溫度、流?dòng)狀態(tài)、混合物的性質(zhì)以及電火花提供的能量等。 ? 產(chǎn)生火花的方法通常有電容放電和感應(yīng)放電兩種。電容放電時(shí)，釋放能量可由下式表示 212E C U?式中 C—— 電容器的電容； U—— 產(chǎn)生火花前施加于電容器的電壓。 三、電火花點(diǎn)火 ?最小點(diǎn)火能 當(dāng)電極間隙內(nèi)的可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時(shí)，若要形成初始火焰中心。放電能量必須有一最小極值。能量低于此極值時(shí)不能形成初始火焰中心。這個(gè)必要的最小放電能量就是最小點(diǎn)火能 Emin。 ?熄火距離 當(dāng)其他條件給定時(shí)，點(diǎn)燃可燃混合物所需的能量與電極間距 d有關(guān)。當(dāng) d小到無論多大的火花能量都不能使可燃混合物點(diǎn)燃時(shí)，這個(gè)最小距離就叫熄火距離 dq。 圖 214 最小點(diǎn)火能與天然氣 及城市燃?xì)獾年P(guān)系 圖 213 點(diǎn)火能與電極間距的關(guān)系曲線 (a)Emin與 dq； (b)法蘭直徑的影響 第三節(jié) 火焰?zhèn)鞑? 一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理 ? 在工程應(yīng)用中，可燃混合物著火的方法是先引入外部熱源，使局部先行著火，然后點(diǎn)燃部分向未燃部分輸送熱量及生成活性中心，使其相繼著火燃燒。 ? 在可燃混合物中放入點(diǎn)火源點(diǎn)火時(shí)，產(chǎn)生局部燃燒反應(yīng)而形成點(diǎn)源火焰。由于反應(yīng)釋放的熱量和生成的自由基等活性中心向四周擴(kuò)散傳輸，使緊挨著的一層未燃?xì)怏w著火、燃燒，形成一層新的火焰。反應(yīng)依次往外擴(kuò)張，形成瞬時(shí)的球形火焰面。此火焰面的移動(dòng)速度稱為法向火焰?zhèn)鞑ニ俣?Sn(或稱層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?Sl，或正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣?)，簡稱 火焰?zhèn)鞑ニ俣?。未燃?xì)怏w與已燃?xì)怏w之間的分界面即為火焰鋒面，或稱 火焰面 。 圖 217 靜止均勻混合氣體 中的火焰?zhèn)鞑? 圖 218 流管中的火焰鋒面 一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理 ? 取一根水平管子，一端封住，另一端敞開，管內(nèi)充滿可燃混合氣。點(diǎn)火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移動(dòng)，由于管壁的摩擦和向外的熱量損失、氣體的粘性、熱氣體產(chǎn)生的浮力，使其成為傾斜的彎曲焰面。 ? 如果管子相當(dāng)長，那么火焰鋒面在移動(dòng)了大約 5～ 10倍管徑的距離之后，便明顯開始加速，最后形成速度很高的(達(dá)每秒幾千米 )高速波，這就是 爆振波 。正常燃燒屬于穩(wěn)定態(tài)燃燒，可視為等壓過程；而爆振屬不穩(wěn)定態(tài)燃燒，是靠氣體的膨脹來局部壓縮未燃?xì)怏w而形成的沖擊波。在民用燃具和燃?xì)夤I(yè)爐中，燃?xì)獾娜紵鶎儆谡Ｈ紵? ? 若可燃混合氣在一管內(nèi)流動(dòng)，其速度是均勻分布的，形成一平整的火焰鋒面。如 Sn=u，則氣流