第五节强迫着火.ppt

第五节 强迫着火 研究可燃体系的热自燃机理很重要，因其有时能导致爆炸或火灾，但实际这种自燃较少。实际中用火往往不是热自燃，而是强制点燃可燃混合物或可燃物质。因而，火灾也多数不是由于热自燃和自燃引起的，而是由于点燃可燃气体混合物或可燃液体和固体可燃材料时引起的。 一、强迫着火的特征 一个冷反应混合物被一个热源，例如炽热固体质点、加热电线圈或电火花，一股热气流、点火火焰等迅速地局部加热时，在热源附近就会引发火焰，并且个火焰就会传播到附近的冷反应混合物中去。这种引发火焰传播的过程即为强迫着火或引燃。点燃或强制着火的本质同热自燃过程没有区别，两者都具有依靠热反应和（或）链锁反应推动的自身加热和自动催化的共同特征；两种类型的着火都需要外部能量的初始激发，但在具体过程中有不同点。 首先，强迫着火仅在反应物的局部（点火源周围）进行。所加入的能量快速在小范围引燃可燃物，所形成的火焰要能向反应物的其余部分传播。 第五节 强迫着火 第二，强迫着火条件下的可燃混合气通常温度较低，为保证着火成功并使火焰能在较冷的混合气流中传播，强迫着火的温度要远高于自燃温度。 第三，强迫着火的全部过程包括在可燃物局部形成火焰中心，以及火焰在混合气流中传播扩展两个阶段。其过程比自燃要复杂。 第四，热自燃时，燃烧反应自加速过程发展得相当缓慢，就是说延迟期很长，而在点燃时，着火过程进行得相当快，因为受外界热源加热的混合物虽然是局部的，但是能相当快地达到更高的温度。因此，几乎没有点燃延迟期或延迟期很短，产生的火焰以一定的速度由其发生区向整个能够反应的混合物传播开来。 强迫着火与自燃一样，也有点火温度、着火感应期和着火浓度极限，但其影响因素更复杂，除可燃物的化学性质、浓度、温度、压力外，还有点火方法、点火能和混气流动性质等。 第五节 强迫着火 二、高温质点强迫着火的物理描述 为了建立火焰引发和传播的概念，在此研究热质点的强迫着火条件。假定如图3-11所示，在无限的可燃混气(其温度为T0，小于TW)中有一个热的金属质点(其温度Tw)。由于温度差，质点向邻近的混气散失热量，热流的速率是混气的流动和热性质的函数。在质点周围薄的边界层内，混气温度从TW下降到了T0。对可燃混合物，由于化学反应放热会加热混合气体，因此热边界层内的温度分布曲线高于不可燃混合气体中的温度分布曲线。图3-11表示了这种温度分布，其中a曲线表示混合物不可燃，b曲线表示混合物可燃。根据壁面的温度梯度可见，在气体反应放热时，由壁面向混气传递的热流要低于当混气为惰性气体时的情况。 当用于点燃可燃气体的热物体的温度不同时，可燃气中由此而形成的热流及温度场也不相同。当热物体表面温度较低时，虽然可燃气体在缓慢氧化反应的过程中也释放出热量，但它与热源传过的热量之和，方能补偿向远处混气的散热。这时物体表面上的气体温度梯度dT/dx0，混气不会着火，热物体向可燃混气继续导入热量。当热源温度升高时，可燃混合气体中的反应加快，因而反应释热 第五节 强迫着火 增加，但热源向混气的导热热流却因此降低。只要反应释热不是足够的大，这些反应释热就不能抵偿向周围介质的散热，仍然依靠热物体向气体输入热量使气体保持稳定的温度场。 图3-11 位于(a) 不可燃介质和(b)不可燃介质中炽热质点附近的温度分布 第五节 强迫着火 图3-12 热源表面温度梯度为零时反应气体和惰性气体温度分布 当热源温度升高，譬如说升高到图中所示的TW4，紧靠热物体表面的气体层中，由于温度足够高，反应速度足够快，反应释热足以抵偿向周围介质的散热，因而外热源向可燃混合气体的导热热流率为零。此时，热源表面的气体温度梯度dT/dx=0。若热源温度再略微升高，可燃混气中反应释热就将超过向温度较低部分介质的散热，紧靠热物体表面的气体薄层中的稳定温度场受到破坏，此处可燃气体的温度将继续升高而发生着火，火焰将向未燃部分传播。 热源表面的温度梯度为零时，反应气体和惰性气体温度分布如图3-12所示，当在质点表面处的温度梯度等于零时，气体反应层（即火焰）开始向未燃混气传播。这种火焰传播的开始即认为是强迫着火的判据。 第五节 强迫着火 三、电火花引燃 电火花是指气体电荷击穿气体空间产生的火花，电火花点燃可燃混合气体，这是最普遍强迫着火的形式之一。这个过程的机理比用热物体点燃的热机理要更复杂，这是因为气体空间放电本身是一个复杂物理现象。由于在电火花划过的容积很小的通道中，气体热力学温度瞬间升高到数千度（甚至上万度）。放电作用的时间非常短暂，只有千分之几秒，但体系的热张弛时间却很大，所以在放电区、在电