3燃料的着火理论.ppt

第三章 燃料的着火理论 3.1燃烧过程的热力爆燃理论 燃烧过程二个阶段: 着火阶段，燃烧阶段 可燃混合物着火的方法:自燃着火和强迫着火 自燃着火有两个条件: (1) 可燃混合物应有一定的能量储存过程。 (2) 在可燃混合物的温度不断提高，以及活化分子的数量不断积累后，其反应从不显著的反应速度自动地转变到剧烈的反应速度。 爆燃理论 在可燃混合物的着火过程中，主要依靠热量的不断积累而自行升温，最终达到剧烈的反应速度的爆燃称为热力爆燃。 如果可燃混合物的着火过程，主要依靠链锁分支而不断积累活化分子，最终达到剧烈的反应速度的释放热量而爆燃称为链爆燃。 强迫着火 是有一外加的热源向局部地区的可燃混合物输送热量，使之提高温度和增加活化分子的数量，迫使局部地区的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段，然后以一定的速度向其它地区扩展，导致全部可燃混合物的燃烧，例如靠电火花或炽热物体来加热局部区域的可燃混合物。 谢苗诺夫的可燃气体混合物的热力爆燃理论 热力着火理论 有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，容器内的可燃气体混合物正以速度w(kg/m3s)在进行反应，化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给周围环境。 假设 1.容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。 2.在反应过程中，容器V内各处的反应速度都相同。 3.容器的壁温T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温压。 4.在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计的。 数学模型 Q1=ωqV Q1——单位时间内化学反应释放热量 q——化学反应摩尔热效应 B点为临界着火条件 临界着火条件也是可燃混合物的反应从缓慢的反应自动转变到剧烈反应的临界条件。 可燃混合物的着火温度不仅由可燃混合物的性质来决定，而且也与周围介质的环境温度、换热条件、容器的形状和尺寸等因素有关。 爆燃临界条件的定量关系 散热线Q2与放热曲线Q1相切的数学条件： (1) 散热与放热相等，即: Q1=Q2 (2) 在二曲线相切点B处的斜率应相等，即 在B点处的可燃混合物温度为TB，相应的自燃温度为TOK 爆燃感应期 可燃混合物初始浓度C0降到着火点B点的浓度CB所经历的时间即为爆燃感应期τi 3.2 链锁爆燃理论 2.1链锁分枝反应的发展条件(链锁爆燃条件) 2.2不同温度时，分枝链锁反应速度随时间的变化 2.3感应期的确定 2.4着火半岛现象 链锁爆燃理论 链锁爆燃是可燃混合物在低温低压下，由于分支链锁反应使反应加速，最终导致可燃混合物爆燃。实际上，大多数碳氢化合物燃料的燃烧过程都是极复杂的链锁反应，真正简单的双分子反应并不多。链锁爆燃理论的实质是由于链锁反应的中间反应是由简单的分子碰撞所构成，对于这些基元从热力爆燃理论是可以适用的。但整个反应的真正机理不是简单的分子碰撞反应，而是比较复杂的链锁反应。 链分支反应的发展条件(链爆燃条件) 简单反应的反应速度随时间的进展由于反应物浓度的不断消耗而逐渐减小，但在某些复杂的反应中，反应速度却随着生成物的增加而自行加速。这类反应称为自动催化反应，链锁反应就属于这种更为广义的自动催化反应。 活化中心的数目因分枝而不断增多，反应速度就急剧加快，直到最后形成爆炸 在链锁反应中，活化中心浓度增大有两种因素:一是由于热运动的结果而产生，例如在氢氧爆炸反应中氢分子与别的分子碰撞使氢分子分解成氢原子。显然它的生成速度与链锁反应本身无关;二是由于链锁反应分枝的结果，例如上例中一个氢原子反应生成两个新的氢原子，此时氢原子生成的速度与氢原子本身的浓度成正比。 w1为因外界能量的作用而生成原始活化中心的速度，即链的形成速度;w2为链锁分枝速度，它是由系统时最慢的中间反应来决定;而w3为链锁的中断速度，则活化中心形成的速度就可写成如下形式 链分支的实际速率常数 结果 整个分枝链锁反应的速度就可表示为： 不同温度时，分枝链锁反应速度随时间的变化 在低温时，由于链的分枝速度很缓慢，而链的中断速度却很快，fg，则最终将得到一个稳态反应。 但随着温度的增高，链的分枝速度不断增加而中断速度却几乎没有改变。链自然现象。 当温度增加到某一数值时，恰好使链的分枝速度等于其中断速度，即f=g或，则此时活化中心浓度和反应速度均以直线规律随时间增长,反应是不会引起自燃的，此时温度不变。 链自燃（或链着火）现象在实验中可观察到。在