燃烧学原理NO7. 燃烧传播过程后天，是2004年的一部美国科 幻电影，描述全球暖化和全球寒冷 化后所带来的灾难。该片是20世纪 福克斯公司的年度科幻巨片，投资 达1.25亿美元。 火灾是高楼最大的安全隐患。钢筋铁骨般的纽 约世贸中心其实不是被飞机撞塌的，而是被大 火烧塌的。 原来，纽约世贸中心整体都是钢结构。钢材 在500摄氏度的温度下，承载能力会降低一半； 超过800摄氏度，其承载能力将微乎其微。飞机 撞击世贸中心后，大火熊熊燃烧，温度高达 1000摄氏度。于是，钢材在高温下软化，难以 支撑成千上万吨的楼重。因此，整幢大楼像熔 化了的巧克力一样轰然坍塌了。 纽约世贸大 厦原貌燃烧的热量传递2000年5月12日，我国台湾汐止科技园区。一幢26层高的写 字楼底部的香烛店起火，火苗顺着井道飞快上蹿，不到1分 钟就引燃了写字楼楼顶，大火肆虐了整整43个小时，经济 损失多达6.7亿元新台币。 燃烧的热量传递1、燃烧前沿（面） 稳定位置的条件：W = uW燃烧前沿燃烧产 物W：可燃混合物流 速u：燃烧前沿速度封闭端开口端可燃 混合物燃烧 产物正常燃烧火焰正常传播v第一种是在管子开口端附近的火焰传播 ，这种火焰传播的形式称为正常火焰传 播。v第二种：爆燃，其火焰的传播速度超过 了声速，一般可达10004000m/s，爆燃 主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压 缩而引起的。2、火焰传播速度（1）、正常（层流）传播速度uL： 当可燃混合物为层流流动或静止不动时 所得到的燃烧前沿传播速度。这时，火 焰前沿是一平整的形状。（2）、紊流传播速度（uT）：当可燃混合物为紊流流动时所得到的燃烧前沿传播速度。这时，火焰前沿是不平整的，是紊乱的、曲折的。这也是实际条件下得到的。 3、回火与脱火可燃气体的火焰正常传播v由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃 料的化学反应只在该区域内进行，在这 种情况下，可近似地把它当作一个数学 表面，这一表面把未燃的新鲜燃料和燃 烧产物分开，而所有的火焰传播现象即 为此表面的传播。模型假设条件影响火焰正常传播速度的主要因素v4.1.1过量空气系数的影响。v4.1.2燃料化学结构的影响。v4.1.3添加剂的影响。v4.1.4混合可燃物初始温度T0的影响。v4.1.5火焰温度的影响。v4.1.6压力的影响v4.1.7惰性物质含量的影响。v4.1.8热扩散系数和比热的影响。过量空气系数的影响v可燃气体混合物的火焰传播速度uH将随着过 量空气系数而改变。对于各种不同可燃气体 混合物其最大的uHmax并非处于可燃气体混合 物的过量空气系数等于1的情况，即混合物 按化学当量的比例来混合的成份。实验表明 ，其uHmax系发生在含可燃物浓度比化学当量 的比例稍大的混合物中（即1）燃料化学结构的影响v不同的燃料对火焰正常传播速度影响很大，从 图中可以看出一个规律，燃料的分子量愈大， 可燃性的范围就愈窄，图显示了三族燃料的最 大火焰速度与其分子中的碳原子数的关系：对 于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大火焰速 度（0.7m/s）几乎与分子中的碳原子数n无关 ；而对于一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃 还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其层流 火焰速度却较大。当n增大到4时，uH的值将陡 降，而后，随n进一步增大而缓慢下降，直到 n8 时，就接近于饱和碳氢化合物的uH值。混合可燃物初始温度T0的影响v提高可燃物初始温度T0可以大大促进化学反 应速度，因而增大uH值。火焰温度的影响v图表示几种混合物的最大火焰速度与火焰温 度的关系。Tr对uH的影响显然是很强的。可 以说uH主要取决于Tr。压力的影响v增加压力一般都能提高燃烧强度，缩小燃烧 设备的体积；另外一些高空飞行器的燃烧室 又都在低压下工作。v 因为火焰传播速度与化学反应速度有关， 而压力的改变会影响化学反应速度的大小， 因而亦就影响了uH值。惰性物质含量的影响v 惰性物质，一方面直接影响燃烧温度从而影 响燃烧速度，另一方面，通过影响可燃混合 气的物理性质来影响火焰传播速度。大量实 验证明，惰性物质的加入，将使火焰传播速 度降低，可燃界限缩小，以及使最大的火焰 传播速度值向燃料浓度较少的方向移动。4、火焰传播临界直径（熄灭直径）实际条件下，总是有散热的 当直径小于某一个值时，便不能进行燃烧反应，这时所得到的直径称为“燃烧传播临界直径”，或称“熄灭直径”。