采矿专业燃烧学—第5章1.ppt

中国矿业大学能源学院安全与消防工程系 燃烧学 第5章 可燃液体的燃烧 5.1 液体燃料的燃烧特点 5.2 液体蒸发 5.3 闪燃与爆炸温度极限 5.4 液滴的蒸发和燃烧 5.5 液态可燃物的火灾蔓延 5.6 油罐火灾燃烧 第5章 可燃液体的燃烧 5.1液体燃料的燃烧特点 液体燃料的燃烧是先蒸发，生成燃料蒸 气，然后与空气相混合，进而发生燃烧。 重质液体燃料受热裂解成轻质碳氢化合 物和碳黑，其中轻质碳氢化合物以气态形态 燃烧，碳黑以固相燃烧形式燃烧。 根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将 其燃烧形式分为 液面燃烧---灾害燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧 雾化燃烧 雾化燃烧是液体工程燃烧的主要方式。 5.2.2 蒸发的动力学基础 蒸发的形式：静蒸发和动蒸发 液体的蒸发实际上包括三个过程： ①气化过程——液体分子从液面逸出 成为蒸气分子； ②扩散过程——逸出的蒸气分子在气 相介质中分散开来； ③凝结过程——部分逸出的蒸气分子 经碰撞后重新被液面吸收。 燃料蒸发的程度，决定于逸出液面的分子数与重新被吸回液面的分子数之差。 燃料的蒸发速度则不仅决定于该燃料的气化和凝结过程，而且和逸出分子的扩散过程有密切关系。 液体分子蒸发的条件 m表示液体分子的质量，ux表示垂直于液面的x轴上分子运动的速度分量（即法向分量），ε为液体分子逸出表面层所作的功，则可以看出，液体分子蒸发时必须满足下列条件： 自由蒸发：当蒸汽压为零时液体的蒸发 在自由蒸发时，液体分子蒸发的速度，即每秒内 自每平方厘米液面上蒸发出去的分子数n0应为 N—阿佛加得罗常数； γ′—液体的比体积（单位质量的体积）； μ—液体的摩尔质量； R—气体常数； li—每摩尔液体的蒸发潜热； T—绝对温度，K。 5.2.3静蒸发 静蒸发:液体在容器中处于静止状态， 液面空气不流动时液体的蒸发 封闭条件下，液体静蒸发： 5.2.4 动蒸发 动蒸发：液体在流动的气流中分散为细 小颗粒的蒸发称为动蒸发 评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中 的蒸发损失的倾向，应采用标准方法SH／ T0235。 在往油罐等容器注油时会有大量燃料蒸 气逸出，卸油时会有大量新鲜空气进入，这 种现象叫做大呼吸 液体在动蒸发时的蒸发速度远远超过在静 蒸发时的蒸发速度. 因为，在动蒸发时，和液体表面相邻的空 气中液体的蒸气压很难达到饱和状态。 影响动蒸发的因素： （1）液体性质 如液体燃料的沸点和蒸气压，蒸气的扩散系数，液体的蒸发潜热、粘度和表面张力等。 （2）环境因素， 周围空气的温度和压力、空气流动速度、 与蒸发表面有关的燃料雾化程度和分散情况（液体分散的颗粒大小与数量）以及喷嘴的构造和喷油压力等。 主要影响因素如下： （3）蒸发潜热 蒸发潜热：单位重量的液体在温度保持不 变的情况下转化为蒸气时所吸收的热量 蒸发潜热（摩尔蒸发热H）与该液体的沸 点（绝对温度Tb）成正比，即 石油产品的蒸发潜热经验公式计算： 式中H—蒸发潜热，kJ/kg； d—15℃时燃料的密度； t—燃料的平均沸点，即平均分子沸点，℃。 液体燃料的蒸发潜热除决定于燃料的化学组 成以外，还和燃料的温度及外界压力有关。 组成燃料的烃类中，以芳香烃的蒸发潜热最 高，异构烷烃的最低。 在同系物中，液体的蒸发潜热随相对分子质 量的增加而减少。 （4）粘度 表示液体流动时，两个平行液层之间发生 相对运动的摩擦阻力大小的指标，也就是液体的 内摩擦系数 在动蒸发条件下，液体燃料通常先雾化为 细小的液体颗粒，然后迅速蒸发。燃料的粘度对 燃料雾化的质量有很大的影响, 粘度小，雾化时摩擦小，颗粒细，蒸发面积 大，蒸发速度快。 液体燃料的粘度取决于燃料的化学成分和外界 的温度、压力组成燃料的各类烃中，以烷烃粘度最 小，多环烃的粘度最高。在同系物中，烃类的相对 分子质量愈大，粘度也愈大。 （5）表面张力 表面张力：作用在液体表面单位长度上 的力称为表面张力，它的常用单位是N/m。 液体的表面张力是温度的直线函数，亦即： （6）空气温度 温度是影响液体燃料蒸发速度最重要的因 素之一 温度愈高，液体的蒸发速度愈大 温度升高后液体蒸发速度迅速增大的原因： 温度升高后，分子运动的速度增加，逸出液 体表面的分子数增多，因而增大了燃料的蒸 气压。同时，燃料的扩散速度也迅速增大， 燃料的表面张力和粘度则降低。 （7）蒸发表面