燃?xì)鈶?yīng)用第二章ppt課件-wenkub
2023-05-16 12:08:29 本頁(yè)面
【正文】 值 Tis時(shí)，即發(fā)生點(diǎn)燃現(xiàn)象。溫度臨界值 Tis就是強(qiáng)制點(diǎn)火的點(diǎn)火溫度。 ? 現(xiàn)從熱力角度分析局部點(diǎn)火過(guò)程。 圖 26 壓力升高時(shí)可燃混合物的 熱力著火過(guò)程 圖 27 著火點(diǎn)與散熱條件的關(guān)系 二、熱力著火 ? 著火點(diǎn)是發(fā)熱曲線與散熱曲線的相切點(diǎn)，符合以下關(guān)系： ? 將發(fā)熱和散熱方程代入以上聯(lián)立方程式，合并以上兩式解二次方程就可得到相當(dāng)于切點(diǎn) i的著火溫度： ? 展開(kāi)成級(jí)數(shù)，將其大于二次方的各項(xiàng)略去 (誤差不超過(guò) l／ 100)可得可燃混合物著火的條件 1212ddddTT???????04112iRTETTRE????200iRT T 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。當(dāng)壓力繼續(xù)升高時(shí)，產(chǎn)熱就永遠(yuǎn)大于散熱 (見(jiàn) L″ )。如果散熱條件不變，升高壓力將使反應(yīng)物濃度增加，因而使化學(xué)反應(yīng)速度加快。在該點(diǎn)混合物的溫度很低，化學(xué)反應(yīng)速度也很慢，是緩慢的氧化狀態(tài)。 ? 交點(diǎn) 1的情況則不同。 ? 首先分析交點(diǎn) 2的情況。單位時(shí)間內(nèi)容器中由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為 EabRT1 0 A BQ W H V k e C C H V???式中 W—— 化學(xué)反應(yīng)速度； H—— 燃?xì)獾臒嶂担? k0—— 常數(shù)； V—— 容器的體積。經(jīng)過(guò)感應(yīng)期之后，反應(yīng)速度達(dá)到可測(cè)速度 Wi接著反應(yīng)速度就迅速增加，在瞬時(shí)達(dá)到極大值而完成反應(yīng)。當(dāng)壓力較高而且超過(guò)上限 (C點(diǎn) )時(shí)，由于壓力高而反應(yīng)物濃度增大，活化中心與其它分子碰撞而銷毀的機(jī)會(huì)增多，所以反應(yīng)又突然變得緩慢。燃燒反應(yīng)都是支鏈反應(yīng)。 ? 如果氧化反應(yīng)過(guò)程生成的熱量大于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數(shù)量大于其銷毀的數(shù)量，這個(gè)過(guò)程就稱為不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過(guò)程。 ? 在氫和氧的混合氣體中，存在一些不穩(wěn)定的分子，在碰撞過(guò)程中不斷變成化學(xué)上很活躍的質(zhì)點(diǎn)： H、 O和 OH基。在分子互相碰撞時(shí)，只有活化分子才能破壞原來(lái)分子的結(jié)構(gòu)，建立新的分子。這種超過(guò)分子平均能量可使分子活化而發(fā)生反應(yīng)的能量稱為活化能。這些自由原子和游離基稱為活化中心。 ? 由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)而引起燃燒的一瞬間，稱為著火。 圖 21 鏈反應(yīng)圖式 (a)直鏈反應(yīng)； (b)支鏈反應(yīng) 一、支鏈著火 ?以氫、氧混合物的反應(yīng)為例，它有兩個(gè)壓力極限 — 下限和上限。在沒(méi)有達(dá)到熱力著火之前，反應(yīng)速度隨壓力的增加而緩慢地增加 (CD段 )。 二、熱力著火 ? 一般工程上遇到的著火是由于系統(tǒng)中熱量的積聚，氧化反應(yīng)過(guò)程生成的熱量大于散失的熱量，使溫度急劇上升而引起的。 在著火以前，由于溫度 T不高，反應(yīng)速度很小，可以認(rèn)為反應(yīng)物濃度沒(méi)有變化。假設(shè)由于偶然的原因使溫度下降一些，則由化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的熱量就小于散失的熱最，溫度將不斷下降。假設(shè)溫度偶然降低，則由化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的熱量將大于散失的熱量，溫度將回升到原處。 ? i點(diǎn)是穩(wěn)定狀態(tài)的極限位臵，若容器內(nèi)壁溫度再升高，則發(fā)熱量總是大于散熱量，化學(xué)反應(yīng)就從穩(wěn)定的、緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成為不穩(wěn)定、激烈的燃燒。在圖 26中發(fā)熱曲線 L將向左上方移動(dòng)。 ? 著火點(diǎn)是一個(gè)極限狀態(tài)，超過(guò)這個(gè)狀態(tài)便有熱量積聚，使穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)制點(diǎn)火，簡(jiǎn)稱點(diǎn)火。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。 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。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。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。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(chǎng)不斷衰減，最終使點(diǎn)火火焰熄滅。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(guò)程的機(jī)理十分復(fù)雜。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。這個(gè)必要的最小放電能量就是最小點(diǎn)火能 Emin。 ? 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。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 。正常燃燒屬于穩(wěn)定態(tài)燃燒，可視為等壓過(guò)程；而爆振屬不穩(wěn)定態(tài)燃燒，是靠氣體的膨脹來(lái)局部壓縮未燃?xì)怏w而形成的沖擊波。這是流動(dòng)可燃混合氣穩(wěn)定燃燒的必要條件。大多數(shù)火焰中，由于存在溫度梯度和濃度梯度，因此傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象交錯(cuò)地存在著，很難分清主次。預(yù)熱區(qū)中的能量方程為 0 0 0 n p pu u S m u? ? ? ?? ? ? ?0 0 pd d dd d dTTu C Qx x x? ? ?????????00md, 。 0dTx T T y yxTx T T yx?? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ???0 n pd d dd d dTTSCx x x????? ????一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理 ? 其邊界條件是 ? 假定 Ti是預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)交界處 (溫度曲線曲率變化點(diǎn) )的溫度，從 T0到 Ti進(jìn)行積分，下標(biāo) “ I”表示預(yù)熱區(qū)。紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫彩菍?duì)這個(gè)幾何面來(lái)定義的，用 St表示。 ? 關(guān)于大尺度強(qiáng)紊動(dòng)的火焰?zhèn)鞑C(jī)理，不同學(xué)者有不同的解釋，因而形成了紊流火焰的表面理論和容積理論。 圖 220 紊流火焰模型 (a)小尺度紊動(dòng)； (b)、 (c)大尺度紊動(dòng)； (d)容積紊流燃燒 1— 燃燒產(chǎn)物； 2— 新鮮混氣； 3— 部分燃盡氣體
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