气体燃烧速度.docx

第三节热值与燃烧温度及燃烧速度热值我们知道，1摩尔的物质与氧气进行完全燃烧反应时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热例如1mol乙炔完全燃烧时，放出130 . 6x104 J的热量，这些热量就是乙炔的燃烧热，其反应式为：C2H2+2・ 5O2—^2CO2十 H2O 十 130・ 6x104j 不同物质燃烧时放出的热量亦不相同，所谓热值：是指单位质量 或单位体积的可燃物质完全燃烧时所发出的热量可燃性固体和可燃性液体的热值以“J / kg”表示，可燃气体的热值以“J / m3 ”表示可燃物质燃烧爆炸时所能达到的最高温度、最高压力及爆炸力等与物质的热值有关物质的燃烧热见表1—2表1-2物质的燃烧热、热值和燃烧温度物质的名称燃烧热J/ mol热值燃烧温度°C**J/kgJ/m3*碳氢化合物：****甲烷882577*1800乙烷1542417*1895苯32799390**乙炔1306282*2127醇类：****甲醇715524*1100乙醇1373270*1180酮、醚类:****丙酮1787764*1000乙醚2728538*2861石油及其产品：****原油**1100汽油**1200煤油**700〜1030煤和其它物品：****无烟煤**2130氢气211997*1600煤气**1850木材*7117560〜14653800*1000 〜1177镁61435*3000一氧化碳285624**1680硫334107*1820二硫化碳10324652195硫化氢543028**2110液化气**〜02020天然气**2120石油气***磷***棉花***可燃物质的热值是用量热法测定出来的，或者根据物质的元素组成用经验公式计算。

Q=(1000*Q燃烧)/ (1—1)烧1・可燃物质如果是气态的单质和化合物，其热值可按下式计算，式中：Q――每1 m3可燃气体的热值，J/m3；Q ――每摩尔可燃气体的燃烧热，J/mol 燃烧［例1］试求乙炔的热值［解］从表1—2中查得乙炔的燃烧热为X104J/mol；代入公式(1—1)答：乙炔的热值为X107J/m32.可燃物质如果是液态或固态的单质和化合物，其热值可按下式计算：Q=(1000*Q )/M (1—2)燃烧式中：M——可燃液体或固体的摩尔质量［例2］试求苯的热值；(苯的摩尔质量为78)［解〕从表1—2查得苯的燃烧热为328X104J/ mol，代入公式(1—2)答：苯的热值为4. 21X107J/kgo3•对于组成比较复杂的可燃物，如石油、煤炭、木材等，其热值可采用门捷列也夫经验公式计算其高热值和低热值高热值是指单位质量的燃料完全燃烧，生成的水蒸汽 也全部冷凝成水时所放出的热量；低热值是指单位质量的 燃料完全燃烧，生成的水蒸汽不冷凝成水时所放出的热量门捷列也夫经验公式如下:81C+300H-26(O-S)(1—3)Q =低81C+300H-26(O-S)-6(9H+w)(1—4)式中，Q_、Q 可燃物质的高热值和低热值，kcal / kg；高 低c――可燃物质中碳的含量，％；H——可燃物质中氢的含量，％；O——可燃物质中氧的含量，％；S――可燃物质中硫的含量，％；w——可燃物质中的水分含量，％，［例］试求5kg木材的低热值。

木材的成分为：C——43%,H—一 7%，O——41%，S——2%，W——7%［解］将己知物质的百分组成代入公式(1—4)Q = 81X43+300X7-26(41-2) 一 6(9X7+7)=4149(kcal/kg)=1735 ・9X104(J/kg)则5kg木材的低热值为：5X1735 ・9X104=X104J答：5kg木材的低热值为8679.7X104J可燃物质的热值见表1 — 2二、燃烧温度可燃物质燃烧时所放出的热量，一部分被火焰 辐射散失，而大部分则消耗在加热燃烧产物上由于可燃 物质燃烧所产生的热量是在火焰燃烧区域内析出的，因而 火焰温度也就是燃烧温度可燃物质的燃烧温度见表1—2火焰最高温度的计算：燃烧过程是典型的非等温反应在这种情况下，可 利用图3 — 5那样的恒压循环过程作计算如反应物的温度 为T，产物温度为T，则反应的AH为： AH=AH1 2 1+ AHo +AH298 2常温下的反应物，进入火焰后立即变为产物 由于过程是瞬间完成的，可以近似地认为反应是在绝热条 件下完成的，反应放出的热全部用来加热产物和掺杂在反应物中的惰性气体，使之升高到火焰温度根据如此假设 计算出的是火焰的最高温度T。

实际上，火焰并不是绝热m的化学反应气团，所以温度要低一些例3. 9燃烧水泥的转炉是利用煤粉燃烧加热的假设喷进转炉的煤粉掺有按燃烧反应计量的空气，试问转炉可能达到多高的温度解 煤粉燃烧过程可以用图3. 6那样的恒压循环过程表示假设反应是在绝热条件下进行的，所以AH = 0o因为循环过程，AH + AH -AH = 0，所以 AH = AH1 2 1 2AH是煤粉的燃烧热，也就是CO的生成热，等于一千卡1 21摩尔煤粉燃烧需要1摩尔氧气，生成1摩尔二氧化碳，同时还混有4摩尔的氮气（空气中O : N =1： 4）o所以，AH2 2 2是l摩尔CO和4摩尔氮气从298K升温到Tm所需的热量2查表知它们的热容为CO Cp =十X10-3T—X10-6T22N Cp =十X10-3T2= + X10 — 3Tm2—X10 — 6Tm3 —10434又因为AH = AH =94050卡，所以得到关于火焰最高温度2 1的方程为：X10 — 6Tm3—X10 — 3Tm2— +104484 = 0 解得 Tm=2404 (K)实际上，火焰温度要比Tm低，因为不能达到绝热条件,而且从理论上讲，计算中假设碳和氧完全化合成CO，这是2近似的，在高温下二氧化碳的离解作用也不应忽视。

理论 上严格计算火焰温度时，一般要经过多次逼近才行几种 火箭燃料所能达到的理论最高温度如下：燃料氧化剂理论最高温度(°C)NH NHO29702 22NH NHF41602 92BHF43602 62CNO52402 63三、燃烧速度(一) 气体燃烧速度由于气体的燃烧不需要象固体、液体那样经过熔化、 蒸发等过程，所以燃烧速度很快气体的燃烧速度随物质 的组成不同而异简单气体燃烧如氢气只需受热、氧化等 过程；而复杂的气体如天然气、乙炔等则要经过受热、分 解、氧化过程才能开始燃烧因此，简单的气体比复杂的 气体燃烧速度快在气体燃烧中，扩散燃烧速度取决于气 体扩散速度，而混合燃烧速度则取决于本身的化学反应速 度；在通常情况下混合燃烧速度高于扩散燃烧速度气体 的燃烧性能也常见火焰传播速度来衡量，一些气体与空气 的混合物在25・4毫米直径的管道中火焰传播速度的试验 数据见表表4—8 一些可燃气体在直径毫米管道中火焰传播速度,米/秒气体名称最大火焰传播速度可燃气体在空气中的含量，％气体名称最大火焰传播速度可燃气体在空气中的含量，％氢一氧化碳甲烷乙烷丙烷45丁烷 乙烯炼焦煤气焦炭发生 煤气 水煤气1743火焰传播速度在不同演径的管道中测试时其值不同，一般随着管道直径增加而增加，当达到某个直径 时速度就不再增加。

同样，随着管道直径的减少而减少， 并在达到某种小的直径时火焰在管中就不再传播表4—9 示甲烷和空气混合物在不同管径下的火焰传播速度表4—9 甲烷和空气混台物在不同管径时的传播速度,厘米/秒①甲烷(%) 管径(厘米)厘米10厘米20厘米40厘米60厘米80厘米6%63951181378%508010015418320310%6511013618821523612%35748012316318513%224562104130138①本表摘自口. r. flHMMTOB："物质燃烧原理”此外在管道中测试火焰传播速度时还与管子材 料以及火焰的重力场有关如10%甲烷与空气混合气，管 子平放时，火焰传播速度为65厘米/秒，向上垂直放时为 75厘米/秒，而向下垂直放为59・5厘米/秒如果在大管径中燃烧的混合物在小管径中熄灭，这 种现象是由于在管子直径减小时增加了热损失所致按热 损失观点来分析，那么加热区域与反应区域的比例是： 式中d――直径；r――半径；h――反应区长度对于直径为10厘米的管子，这个比例等于0・4， 而对于直径为2厘米的管子这个比例等于2由此可见，随 着管子直径的减小，热损失就逐步加大，燃烧温度与火焰 传播速度就相应降低，度至停止传播。

阻火器就是根据这 一原理制成的二）液体燃烧速度液体燃烧速度取决于液体的蒸发其燃烧速度 有两种表示方法一种是以每平方米面积上，l小时烧掉液 体的重量表示，叫做液体燃烧的重量速度一种是以1小 时烧掉液体层的高度来表示，叫做液体燃烧的直线速度 易燃液体的燃烧速度与很多因素有关，如液体的初温、贮 罐直径、罐内液面的高低，液体中水分含量等初温越高, 燃烧速度越快，贮罐中低液位燃烧比高液位燃烧的速度要 快含水的比不含水的石油产品燃烧速度要慢液体燃烧前须先蒸发而后燃烧易燃液体在常温 下蒸气压就很高，因此有火星、灼热物体等靠近时便能着 火，随后，火焰便很快沿液体表面蔓延，其速度可达0・5〜 2米/秒另一类液体则必须在火焰或灼热物体长久作用 下，使其表面层强烈受热而大量蒸发后才能着火故在常 温下生产，使用这类液体的厂房没有火灾爆炸危险这类 液体着火后只在不大的地段上燃烧，火焰在液体表面上蔓 延得很慢为了使液体燃烧继续下去，必须向液体传入大量热，使表层的液体被加热并蒸发火焰向液体传热的途径是靠辐射故火焰沿液面蔓延的速度除决定于液体的初温、热容、蒸发潜热外还决定于火焰的辐射能力如苯在初温为16°C时燃烧速度为165. 37公斤/米2 •小时；而在40°C时为177. 18公斤/米2 •小时；60C时为193. 3公斤/米2 •小时。

此外，风速对火焰蔓延速度也有很大影响几种易燃液体的燃烧速度见表4—10表4—10 几种易然液体的燃烧速度液体名称燃烧速度比重直线速度（厘米/小时）重量速度。