1、第四章第四章 可燃气体的燃烧可燃气体的燃烧20062006年年1212月月 杨杨 迎迎第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论可燃气燃烧可燃气燃烧可燃气可燃气+助燃气助燃气混合方式有：混合方式有：预先混合（预混气体）：如预先混合（预混气体）：如 边扩散边混合：如边扩散边混合：如第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论一、物理模型与雨果尼特方程一、物理模型与雨果尼特方程1 1、物理模型、物理模型 压力压力P温度温度T密度密度速度速度u燃燃烧烧波波图图4-1火焰在预混气中的传播火焰在预混气中的传播气体如何气体如何运动？运动？速度有多速度有多快？快？（2）瑞利方程
2、瑞利方程（1）雨果尼特方程）雨果尼特方程第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论一、物理模型与雨果尼特方程一、物理模型与雨果尼特方程2 2、描述预混气状态方程、描述预混气状态方程 参数含义参数含义未燃混气参数未燃混气参数 已燃混气参数已燃混气参数压力压力PPP密度密度 P 温度温度T TP 单位质量混气单位质量混气的反应热的反应热q速度速度uuPt、A质量流质量流m热容比热容比KK（2）瑞利方程）瑞利方程（1）雨果尼特方程）雨果尼特方程第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论一、物理模型与雨果尼特方程一、物理模型与雨果尼特方程2 2、描述预混气状态方程、描
3、述预混气状态方程 （3）瑞利方程变形式）瑞利方程变形式（4）声速）声速（5）整理式）整理式第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论一、物理模型与雨果尼特方程一、物理模型与雨果尼特方程2 2、描述预混气状态方程、描述预混气状态方程 马赫数马赫数M物理意义物理意义:雨果尼特曲线雨果尼特曲线瑞瑞利利直直线线爆轰区爆轰区正常火焰正常火焰传播区传播区爆轰：主要依靠爆轰：主要依靠冲击波（激波）冲击波（激波）的高压的高压，使未燃气受到，使未燃气受到近似绝热近似绝热压缩的作用压缩的作用而而升温着火升温着火，从而使，从而使燃烧波在未燃区中传播燃烧波在未燃区中传播的现象。的现象。正常火焰传播：主
4、要依靠正常火焰传播：主要依靠导热作导热作用用将火焰中产生的热量传递给未将火焰中产生的热量传递给未燃气，燃气，使之升温并着火使之升温并着火，从而使，从而使燃烧波在未燃气中传播燃烧波在未燃气中传播的现象。的现象。二、正常火焰传播与爆轰二、正常火焰传播与爆轰雨果尼特曲线雨果尼特曲线瑞瑞利利直直线线爆轰区爆轰区正常火焰正常火焰传播区传播区特点：特点：（1 1）燃烧后气体的）燃烧后气体的压力增大压力增大（2 2）燃烧后气体的）燃烧后气体的密度增大密度增大（3 3）燃烧波以）燃烧波以超音速超音速传播传播 二、正常火焰传播与爆轰二、正常火焰传播与爆轰雨果尼特曲线雨果尼特曲线瑞瑞利利直直线线爆轰区爆轰区正常火
5、焰正常火焰传播区传播区特点：特点：（1 1）燃烧后气体的）燃烧后气体的压力增大压力增大（2 2）燃烧后气体的）燃烧后气体的密度增大密度增大（3 3）燃烧波以）燃烧波以超音速超音速传播传播 特点：特点：（1 1）燃烧后气体的）燃烧后气体的压力减小压力减小或接近或接近不变不变（2 2）燃烧后气体的）燃烧后气体的密度减小密度减小（3 3）燃烧波以）燃烧波以亚音速亚音速传播传播二、正常火焰传播与爆轰二、正常火焰传播与爆轰第一节第一节 预混气中火焰的传播理论预混气中火焰的传播理论一、物理模型与雨果尼特方程一、物理模型与雨果尼特方程二、正常火焰传播与爆轰二、正常火焰传播与爆轰 定义定义 特点特点定义：使一
6、层一层的定义：使一层一层的新鲜混气依次着火新鲜混气依次着火，也就，也就是薄薄的化学反应区开始是薄薄的化学反应区开始由引燃的地方由引燃的地方向向未燃未燃区之间区之间形成了明显的分界线，我们称形成了明显的分界线，我们称这层薄薄这层薄薄这层薄薄这层薄薄的化学反应发光区的化学反应发光区的化学反应发光区的化学反应发光区为火焰前沿。为火焰前沿。第二节第二节 层流预混气中层流预混气中正常火焰正常火焰传播速度传播速度一、传播机理一、传播机理（一）火焰前沿概念（一）火焰前沿概念第二节第二节 层流预混气中层流预混气中正常火焰正常火焰传播速度传播速度一、传播机理一、传播机理（一）火焰前沿（一）火焰前沿已燃区已燃区未
7、燃区未燃区十分之几毫米十分之几毫米百分之几毫米百分之几毫米已燃区已燃区未燃区未燃区xx预热区预热区化学化学反应区反应区第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度一、传播机理一、传播机理（一）火焰前沿概念（一）火焰前沿概念（二）火焰前沿的特点（二）火焰前沿的特点1 1、火焰前沿可分为：、火焰前沿可分为：预热区预热区和和化学反应区化学反应区；2 2、火焰前沿存在强烈的、火焰前沿存在强烈的导热导热和和物质扩散物质扩散。（三）火焰传播机理（三）火焰传播机理1 1、热理论热理论2 2、扩散理论、扩散理论第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度二、
8、层流火焰传播速度二、层流火焰传播速度-马兰特简化分析马兰特简化分析已已燃燃区区未未燃燃区区x预热区预热区化学化学反应区反应区1 1、简化模型、简化模型2 2、反应区的温度分布、反应区的温度分布3 3、热平衡方程、热平衡方程4 4、火焰传播速度、火焰传播速度4 4、火焰传播速度、火焰传播速度结论：结论：对于对于二级反应二级反应，火焰的，火焰的传播速度传播速度与与压力压力无关。无关。第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响（一）可燃气与空气比值的影响（一）可燃气与空气比值的影响（二）可燃气
9、分子结构的影响（二）可燃气分子结构的影响（三）初始压力的影响（三）初始压力的影响（四）混气初始温度的影响（四）混气初始温度的影响（五）火焰温度的影响（五）火焰温度的影响（六）惰性气体的影响（六）惰性气体的影响（七）混气性质的影响（七）混气性质的影响最佳比值时，最佳比值时，最佳比值时，最佳比值时，S Sl l最快。最快。最快。最快。可燃气与空可燃气与空可燃气与空可燃气与空气比值气比值气比值气比值化学当量比化学当量比化学当量比化学当量比（一）可燃气与空气比值的影响（一）可燃气与空气比值的影响020406080280240200160120804002040608012010080604020氢气浓
10、度对氢气浓度对氢气浓度对氢气浓度对S Sl l的影响的影响的影响的影响COCO浓度对浓度对浓度对浓度对S Sl l的影响的影响的影响的影响Sl(cm/s)（二）可燃气分子结构的影响（二）可燃气分子结构的影响饱和与不饱和烃类的饱和与不饱和烃类的饱和与不饱和烃类的饱和与不饱和烃类的S Sl l随随随随C C原子数目变化关系原子数目变化关系原子数目变化关系原子数目变化关系43210123456炔烃炔烃烯烃烯烃烷烃烷烃Slmax/(70cm/s)饱和烃：饱和烃：饱和烃：饱和烃：S Sl l与分子中与分子中与分子中与分子中C C原子数无关，原子数无关，原子数无关，原子数无关，70cm/s70cm/s；不
11、饱和烃：不饱和烃：不饱和烃：不饱和烃：S Sl l随随随随C C原子数增加下降，原子数增加下降，原子数增加下降，原子数增加下降，n nC C 4 4后，后，后，后，S Sl l下降缓慢。下降缓慢。下降缓慢。下降缓慢。n nC C 8 8后，后，后，后，S Sl l不再下降。不再下降。不再下降。不再下降。（三）初始压力的影响（三）初始压力的影响压力对压力对压力对压力对S Sl l的影响的影响的影响的影响0.30.20.10-0.1-0.2-0.3201001000n(Sl Pn)n2时，时，P增大，增大，Sl下降；下降；Sl2时，时，P增大，增大，Sl增大；增大；Sl100cm/s。Sl(cm/
12、s)（四）混气初始温度的影响（四）混气初始温度的影响1030507090120010008006004002000氢气氢气氢气氢气-温度对温度对温度对温度对S Sl l的影响的影响的影响的影响混气初温混气初温增大，增大，Sl增大；增大；430oC310oC190oC20oCSl(cm/s)（五）火焰温度的影响（五）火焰温度的影响280200160120804001216202428100火焰温度对火焰温度对火焰温度对火焰温度对S Sl l的影响的影响的影响的影响120010008006004002000Sl(cm/s)（六）惰性气体的影响（六）惰性气体的影响020406080100800600
13、400200Sl(cm/s)添加添加添加添加N N2 2对对对对S Sl l的影响的影响的影响的影响H2COCH4惰性气体惰性气体加入量加入量增大增大，Sl减小；减小；（七）混气性质的影响（七）混气性质的影响混气性质主要参数：混气性质主要参数：K，CP灭火剂：灭火剂：低的导热系数低的导热系数和和高热容高热容第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响（一）可燃气与空气比值的影响（一）可燃气与空气比值的影响（二）可燃气分子结构的影响（二）可燃气分子结构的影响（三）初始压力的影响（三）初始压力
14、的影响（四）混气初始温度的影响（四）混气初始温度的影响（五）火焰温度的影响（五）火焰温度的影响（六）惰性气体的影响（六）惰性气体的影响（七）混气性质的影响（七）混气性质的影响第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度一、传播机理一、传播机理 火焰前沿火焰前沿二、层流火焰传播速度二、层流火焰传播速度-马兰特简化分析马兰特简化分析 Sl的推导的推导三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响 七个影响因素七个影响因素四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速
15、度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定1 1、理想火焰面：、理想火焰面：第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的测定四、层流火焰传播速度的测定1 1、理想火焰面：、理想火焰面：第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定1 1、理想火焰面：、理想火焰面：图图4-144-14火焰几何性质火焰几何性质第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定1 1、理想火焰面：、理想火焰面：
16、图图4-144-14火焰几何性质火焰几何性质2 2、火焰传播速度：、火焰传播速度：是火焰是火焰沿沿火焰面火焰面垂直方面垂直方面的的运动速度运动速度，用用Sl 表示。表示。火焰传播速度火焰传播速度第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定1 1、理想火焰面：、理想火焰面：图图4-144-14火焰几何性质火焰几何性质2 2、火焰传播速度：、火焰传播速度：是火是火焰焰沿火焰面沿火焰面垂直方面垂直方面的的运动速度运动速度，用，用Sl 表示。表示。3 3、火焰余弦定理、火焰余弦定理Sl第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速
17、度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的测定四、层流火焰传播速度的测定SlAV第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定AVSl火焰传播速度，火焰传播速度，cm/s；A火焰表面积火焰表面积cm2；V混气容积流速，混气容积流速，cm3/s；4 4、理想火焰传播速度的测定、理想火焰传播速度的测定Sl第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度的确定四、层流火焰传播速度的确定第二节第二节 层流预混气中正常火焰传播速度层流预混气中正常火焰传播速度四、层流火焰传播速度
18、的确定四、层流火焰传播速度的确定Sli5 5、实际火焰传播速度的测定、实际火焰传播速度的测定r=0.9R处处Sli 接近接近真实的平均火焰传播真实的平均火焰传播速度速度爆炸：爆炸：物质从一种状态物质从一种状态迅速地迅速地转变为另一种状态转变为另一种状态（或者物质性质和成分发生根本变化）时，在瞬（或者物质性质和成分发生根本变化）时，在瞬间间放出大量的能量放出大量的能量，同时产生，同时产生声响声响的现象。的现象。化学性爆炸化学性爆炸：物质因为发生迅速的物质因为发生迅速的化学反应化学反应，产，产生高温、高压而引起的爆炸现象。生高温、高压而引起的爆炸现象。物理性爆炸：物理性爆炸：物质因为物质因为状态或
19、压力突变状态或压力突变而引起的而引起的爆炸现象。爆炸现象。核爆炸：核爆炸：物质因为物质因为原子核裂变或聚变原子核裂变或聚变而形成的爆而形成的爆炸现象。炸现象。第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温
20、度的计算的计算（一）计算条件（一）计算条件 1 1、爆炸过程、爆炸过程等容、绝热等容、绝热；2 2、可燃气体符合、可燃气体符合化学计量比化学计量比；3 3、爆炸、爆炸燃烧完全燃烧完全；4 4、已知可燃气体的、已知可燃气体的理化参数理化参数（二）计算公式（二）计算公式例题例题1：乙醚乙醚爆炸时的最高爆炸时的最高温度温度（1）燃烧反应方程式）燃烧反应方程式C4H10O+6O2+22.6N2=4CO2+5H2O+22.6N2（2）乙醚的燃烧热）乙醚的燃烧热2720855.2(kJ/kmol)，水的汽化热水的汽化热43973.84(kJ/kmol)（3）燃烧产物升温热量）燃烧产物升温热量Q显显=272
21、0855.2-4397.845=2500986(kJ)（4）燃烧产物中各组分升高）燃烧产物中各组分升高1K所需热量所需热量N2：22.6(20.08+0.00288t)=453.81+0.04249tH2O：5(16.74+0.00900t)=83.70+0.04500tCO2：4(37.66+0.00243t)=150.64+0.00972t 整理后得：整理后得：(688.15+0.09721t)t例题例题1：乙醚乙醚爆炸时的最高爆炸时的最高温度温度（5）热量平衡）热量平衡 (688.15+0.09721t)t=2500986（6）最高温度）最高温度一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的
22、计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算（一）依据：理想气体状态方程（一）依据：理想气体状态方程（二）计算公式（二）计算公式参数参数反应前反应前反应后反应后压力压力P1P2摩尔数摩尔数n1n2温度温度T1T2体积体积V1V2例题例题2：乙醚乙醚爆炸时的最高爆炸时的
23、最高压力压力（1）燃烧反应方程式）燃烧反应方程式 C4H10O+6O2+22.6N2=4CO2+5H2O+22.6N2（2）计算）计算n1=29.6，n2=31.6，t1=0oC，t2=2645.6oC11倍倍书中表书中表4-5一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸三、可
24、燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算（一）平均升压速度（一）平均升压速度 定义：爆炸定义：爆炸最大压力最大压力与与初始压力初始压力之差除之差除以以所需时间所需时间。三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算（二）瞬时压力（二）瞬时压力参数含义参数含义参数参数 单位单位瞬时压力瞬时压力 P1Pa 火焰传播速度火焰传播速度 Slcm/s 系数系数Kd系数系数KCp/Cv=1.4时间时间ts预混气体积预混气体积 V1m3例题例题3：某容器中装有：某容器中装有甲烷和空气预混气甲烷和空气预混气，体积为，体积为9升升，甲烷的体积浓度为甲烷的体积浓度为9.5%，爆炸前初温
25、爆炸前初温T1=298K，初始压，初始压力力P1=1atm，爆炸时温度，爆炸时温度T2=2300K，最大爆炸压力，最大爆炸压力P2=8.0756105Pa，甲烷火焰传播速度为，甲烷火焰传播速度为Sl=34.7cm/s，取热容比取热容比K=1.4，求甲烷爆炸时，求甲烷爆炸时平均升压速度平均升压速度。解：解：（1 1）甲烷燃烧反应式为）甲烷燃烧反应式为 CH4+2O2+7.5N2CO2+2H2O+7.5N2（2）（3）（4）例题例题3：某容器中装有：某容器中装有甲烷和空气预混气甲烷和空气预混气，体积为，体积为9升升，甲烷的体积浓度为甲烷的体积浓度为9.5%，爆炸前初温，爆炸前初温T1=298K，
26、初始压，初始压力力P1=1atm，爆炸时温度，爆炸时温度T2=2300K，最大爆炸压力，最大爆炸压力P2=8.0756105Pa，甲烷火焰传播速度为，甲烷火焰传播速度为Sl=34.7cm/s，取热容比取热容比K=1.4，求甲烷爆炸时，求甲烷爆炸时平均升压速度平均升压速度。解：解：其他可燃气的最大爆炸压力和升压速度其他可燃气的最大爆炸压力和升压速度见书见书117页页表表4-7一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、
27、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量爆炸威力指数爆炸威力指数 =最大爆炸压力最大爆炸压力平均升压速度平均升压速度爆炸威力指数爆炸威力指数 =E=QvV参数含义参数含义参数参数单位单位可燃气总能量可燃气总能量EkJ可燃气体积热值可燃气体积热值QvkJ/m3体积体积Vm3一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸
28、时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定（一）实验设备（一）实验设备（二）测试参数（二）测试参数1、爆炸压力（、爆炸压力（Pm）2、爆炸、爆炸最大最大压力（压力（Pmax）3、升压速度、升压速度4、最大最大升压速度升压速度5、爆炸指数、爆炸指数Km6、最大最大爆炸指数爆炸指数Kmax7、扰动指数、扰动指数tv（点燃延迟）（点燃延迟）8
29、扰动指数、扰动指数Tu一、可燃气爆炸时一、可燃气爆炸时温度温度的计算的计算二、可燃气爆炸时二、可燃气爆炸时压力压力的计算的计算三、可燃气爆炸时三、可燃气爆炸时升压速度升压速度的计算的计算四、可燃气爆炸时四、可燃气爆炸时爆炸威力指数爆炸威力指数五、可燃气爆炸时五、可燃气爆炸时爆炸总能量爆炸总能量六、可燃气爆炸时六、可燃气爆炸时爆炸参数测定爆炸参数测定第三节第三节 可燃气体爆炸可燃气体爆炸第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限一、可燃气体一、可燃气体爆炸极限概念爆炸极限概念爆炸爆炸极限极限定义：定义：可燃气体可燃气体、蒸气蒸气或或粉尘粉尘与空气组成的混合物与空气组成的混合物遇火源遇火源能
30、发生爆炸能发生爆炸的浓度。的浓度。爆炸爆炸下限下限定义：定义：爆炸爆炸上限上限定义：定义：的的最低最低浓度浓度的的最高最高浓度浓度第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限一、可燃气体一、可燃气体爆炸极限概念爆炸极限概念二、爆炸极限的二、爆炸极限的测定测定三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素五、爆炸五、爆炸极限图极限图六、爆炸极限的六、爆炸极限的实用意义实用意义七、七、分解爆炸分解爆炸第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限二、爆炸极限的二、爆炸极限的测定测定（一）通过（一）通过1mol可燃气可燃气在燃烧反在燃烧反应中所需应中所需氧原子氧原
31、子N计算计算（二）通过可燃气在空气中完全（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的燃烧时的化学计量浓度化学计量浓度x0计算计算（三）通过（三）通过燃烧热燃烧热计算爆炸计算爆炸下限下限（四）（四）多种可燃气多种可燃气组成的混合物组成的混合物爆炸极限的计算爆炸极限的计算（五）（五）含有惰性气体的含有惰性气体的可燃混气可燃混气爆炸极限的计算爆炸极限的计算第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算单一单一可燃气可燃气多组分多组分可燃气可燃气（一）通过（一）通过1mol可燃气可燃气在燃烧反应中所需在燃烧反应中所需氧原子氧原子N计算计算第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气
32、体爆炸极限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算计算步骤：计算步骤：1、写出化学反应方程式；、写出化学反应方程式；2、找出、找出1mol可燃气可燃气对应的对应的N值（值（氧原子数）氧原子数）；3、代入公式计算、代入公式计算。（二）通过可燃气在空气中完全燃烧（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的时的化学计量浓度化学计量浓度x0计算计算第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算计算步骤：计算步骤：1、写出化学反应方程式；、写出化学反应方程式；2、计算、计算x0，n是是化学计量比中的化学计量比中的氧分子数氧分子数；3、代入公式计算（、代入公式计算（x0代百分号前面
33、的数值代百分号前面的数值）。）。计算步骤：计算步骤：1、已知一种已知一种可燃气的爆炸极限；可燃气的爆炸极限；2、根据等式、根据等式求另一种求另一种。（三）通过（三）通过燃烧热燃烧热计算爆炸计算爆炸下限下限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算参数参数参数含义参数含义单位单位x1，x2第第1、2种可燃气的爆炸下限种可燃气的爆炸下限%Q1，Q2第第1、2种可燃气的摩尔燃烧热种可燃气的摩尔燃烧热kJ/molCx烷烃类烷烃类Cx=43kJ醇类、醚类、烯烃类醇类、醚类、烯烃类=Cx41.5kJ（一）通过（一）通过1mol可燃气可燃气在燃烧反在燃烧反应中所需应中所需氧原子氧原子N计算计算（二）通过可燃气在空
34、气中完全（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的燃烧时的化学计量浓度化学计量浓度x0计算计算（三）通过（三）通过燃烧热燃烧热计算爆炸计算爆炸下限下限（四）（四）多种可燃气多种可燃气组成的混合物组成的混合物爆炸极限的计算爆炸极限的计算（五）（五）含有惰性气体的含有惰性气体的可燃混气可燃混气爆炸极限的计算爆炸极限的计算第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算单一单一可燃气可燃气多组分多组分可燃气可燃气（四）（四）多种可燃气多种可燃气组成的混合物爆炸极限的计算组成的混合物爆炸极限的计算莱莱莱莱-夏特尔公式夏特尔公式夏特尔公式夏特尔公式参数参数参数含义参数含义单位
35、单位X混合可燃气的爆炸混合可燃气的爆炸下限下限或或上限上限%P1，P2混合气中混合气中某一种可燃气某一种可燃气占占总可燃总可燃气气的体积百分数的体积百分数%N1，N2各组分的爆炸极限各组分的爆炸极限%同理证同理证x上上推推导导（五）（五）含有惰性气体的含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算可燃混气爆炸极限的计算莱莱莱莱-夏特尔公式夏特尔公式夏特尔公式夏特尔公式仍然用仍然用惰惰气气惰惰气气惰惰气气爆炸极限爆炸极限不再是单一气体的爆炸极限，而是不再是单一气体的爆炸极限，而是惰气惰气与可燃气组合与可燃气组合后对应的爆炸极限，查图后对应的爆炸极限，查图4-210123456789101112131415
36、16175678910111213141516171819208072645648403224168氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限惰性气体惰性气体/可燃气体可燃气体混合气中氧气含量（混合气中氧气含量（%）爆炸极限（爆炸极限（%）CO+CO2CO+N2H2+CO2CH4+CO2CH4+N2H2+N2比较比较惰惰气气V1=可燃气的体积可燃气的体积V1=可燃气的体积可燃气的体积+空气体积空气体积N1=
37、可燃气可燃气的的爆炸极限爆炸极限V1=（可燃气的体积（可燃气的体积+惰气体积）惰气体积）V1=（可燃气的体积（可燃气的体积+惰气体积）惰气体积）+空气体积空气体积N1=（可燃气和惰气可燃气和惰气）的）的爆炸极限爆炸极限例题例题4煤气组成为：煤气组成为：H2-12.4%，CO-27.3%，CO2-6.2%，O2-0%，CH4-0.7%，N2-53.4%；求煤气的求煤气的爆炸极限爆炸极限。解：解：（1）分组）分组（2）计算惰气与可燃气组成比）计算惰气与可燃气组成比（3）查图）查图4-21得到爆炸极限得到爆炸极限CO2+H2 N2+COCH401234567891011121314151617567
38、8910111213141516171819208072645648403224168氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限混合气体在空气中的爆炸极限惰性气体惰性气体/可燃气体可燃气体混合气中氧气含量（混合气中氧气含量（%）爆炸极限（爆炸极限（%）CO+CO2CO+N2H2+CO2CH4+CO2CH4+N2H2+N2例题例题4煤气组成为：煤气组成为：H2-12.4%，CO-27.3%，CO2-6.2%，O2-0%，CH4-0.7
39、N2-53.4%；求煤气的求煤气的爆炸极限爆炸极限。解：解：（3）查图）查图4-21得到爆炸极限得到爆炸极限H2+CO2组的爆炸极限范围：组的爆炸极限范围：6%70%CO+N2组的爆炸极限范围：组的爆炸极限范围：40%73%（4）带入莱）带入莱-夏特尔公式计算夏特尔公式计算如果含有如果含有O2怎么办？怎么办？（一）通过（一）通过1mol可燃气可燃气在燃烧反在燃烧反应中所需应中所需氧原子氧原子N计算计算（二）通过可燃气在空气中完全（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的燃烧时的化学计量浓度化学计量浓度x0计算计算（三）通过（三）通过燃烧热燃烧热计算爆炸计算爆炸下限下限（四）（四）多种可燃气多种可
40、燃气组成的混合物组成的混合物爆炸极限的计算爆炸极限的计算（五）（五）含有惰性气体的含有惰性气体的可燃混气可燃混气爆炸极限的计算爆炸极限的计算第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算单一单一可燃气可燃气多组分多组分可燃气可燃气第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限一、可燃气体一、可燃气体爆炸极限概念爆炸极限概念二、爆炸极限的二、爆炸极限的测定测定三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素五、爆炸五、爆炸极限图极限图六、爆炸极限的六、爆炸极限的实用意义实用意义七、七、分解爆炸分解爆炸（一）（一）火源能量火源能量
41、的影响的影响（二）（二）初始压力初始压力的影响的影响（三）（三）初温初温的影响的影响（四）（四）惰性气体惰性气体的影响的影响第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素43210.80.60.40.224681012141618CH4%火源能量对火源能量对CH4爆炸极限的影响爆炸极限的影响火源能量（火源能量（mJ）（一）（一）火源能量火源能量的影响的影响四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素火源能量火源能量越大越大爆炸极限爆炸极限越宽越宽危险性危险性越大越大（二）（二）初始压力初始压力的影响的影响四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素初
42、始压力初始压力越大越大爆炸极限爆炸极限越宽越宽危险性危险性越大越大（三）（三）初温初温的影响的影响四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素024681012141618CH4%400300200100温度（温度（oC）温度（温度（oC）温度对温度对CH4爆炸极限的影响爆炸极限的影响510707580H2%4003002001000温度对温度对H2爆炸极限的影响爆炸极限的影响初始温度初始温度越高越高爆炸极限爆炸极限越宽越宽危险性危险性越大越大（四）（四）惰性气体惰性气体的影响的影响四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素20181614121001020304050141210864CH
43、4（%）CCl4，CO2，H2O，N2，He，Ar惰性气体含量（惰性气体含量（%）惰气含量惰气含量越高越高爆炸极限爆炸极限越窄越窄危险性危险性越小越小O2%（一）（一）火源能量火源能量的影响的影响（二）（二）初始压力初始压力的影响的影响（三）（三）初温初温的影响的影响（四）（四）惰性气体惰性气体的影响的影响第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素爆炸极限爆炸极限变宽变宽第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限五、爆炸五、爆炸极限图极限图略略 第六节详细讲第六节详细讲第四节第四节 可燃气体爆炸极限可燃气体爆炸极限一、可燃气体一、可燃气体爆炸
44、极限概念爆炸极限概念二、爆炸极限的二、爆炸极限的测定测定三、爆炸极限的三、爆炸极限的计算计算四、爆炸极限的四、爆炸极限的影响因素影响因素五、爆炸五、爆炸极限图极限图六、爆炸极限的六、爆炸极限的实用意义实用意义七、七、分解爆炸分解爆炸六、爆炸极限的六、爆炸极限的实用意义实用意义（一）评定气体和液体蒸汽的（一）评定气体和液体蒸汽的火灾危险性火灾危险性（二）评定气体生产、贮存的（二）评定气体生产、贮存的火险类别火险类别（三）确定（三）确定安全生产操作规程安全生产操作规程火险类别火险类别爆炸下限范围爆炸下限范围采用设备采用设备甲类甲类10%隔隔爆型爆型乙类乙类10%防防爆型爆型密封操作密封操作监测报警
45、系统监测报警系统通风换气通风换气惰气保护惰气保护七、七、分解爆炸分解爆炸（一）分解爆炸条件（一）分解爆炸条件1、一定是、一定是放热反应放热反应2、存在、存在火源火源或或热源热源3、系统、系统初始压力初始压力大于大于分解爆炸分解爆炸临界压力临界压力4、爆炸上限、爆炸上限100%（二）能分解爆炸的几种气体（二）能分解爆炸的几种气体 乙炔、氧化乙烯、乙烯、氮氧化物乙炔、氧化乙烯、乙烯、氮氧化物 火焰温度，爆炸压力火焰温度，爆炸压力爆轰区爆轰区爆轰：主要依靠爆轰：主要依靠冲击波（激波）冲击波（激波）的高压的高压，使未燃气受到，使未燃气受到近似绝热近似绝热压缩的作用压缩的作用而而升温着火升温着火，从而使
46、从而使燃烧波在未燃区中传播燃烧波在未燃区中传播的现象。的现象。二、正常火焰传播与爆轰二、正常火焰传播与爆轰回顾回顾第五节第五节 爆轰爆轰激波：激波：弱压缩波弱压缩波在传播过程中叠加形成的、使在传播过程中叠加形成的、使介质状态参数介质状态参数突跃突跃变化的变化的强压缩波强压缩波。一、爆轰的发生一、爆轰的发生横横波波纵纵波波（一）激波的产生（一）激波的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生密度密度压力压力P温度温度TOOBBAAxP（一）激波的产生（一）激波的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生密度密度压力压力P温度温度TOOBBAA激波的产生过程激波的产生过程激波的产生过程激波的产生过程1、活塞由静止向
47、右运动；、活塞由静止向右运动；2、活活塞塞前前气气体体被被压压缩缩，压压力力增增高高，产产生生扰扰动动，向前传播；向前传播；3、第一道波第一道波的传播速度的传播速度4、第二道波第二道波的传播速度的传播速度5、，一段时间后，一段时间后，压缩波叠加压缩波叠加在一起，在一起，形成激波形成激波，激，激波前后的气体参数波前后的气体参数P、T发生的突跃。发生的突跃。（一）激波的产生（一）激波的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生（二）爆轰的产生（二）爆轰的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生OOBBAACCUUUU1、形成、形成“燃气活塞燃气活塞”；2、产生系列、产生系列压缩波压缩波；3、形成、形成激波激波；4、
48、正常火焰传播与激波合二为一，产生、正常火焰传播与激波合二为一，产生爆轰爆轰。（二）爆轰的产生（二）爆轰的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生（一）初始正常火焰传播能（一）初始正常火焰传播能形成压缩扰动形成压缩扰动；（二）（二）管道足够长管道足够长或或容器空间足够大容器空间足够大；爆爆轰轰前前期期距距离离：管管道道中中的的可可燃燃混混气气从从开开始始燃燃烧烧到发生爆轰之间的距离。到发生爆轰之间的距离。二、爆轰形成条件二、爆轰形成条件（二）爆轰的产生（二）爆轰的产生一、爆轰的发生一、爆轰的发生OOBBAACCUU爆轰前期距离爆轰前期距离（一）初始正常火焰传播能（一）初始正常火焰传播能形成压缩扰动形成压
49、缩扰动；（二）（二）管道足够长管道足够长或或容器空间足够大容器空间足够大；爆爆轰轰前前期期距距离离：管管道道中中的的可可燃燃混混气气从从开开始始燃燃烧烧到发生爆轰之间的距离。到发生爆轰之间的距离。（三）可燃气浓度处于（三）可燃气浓度处于爆轰极限浓度爆轰极限浓度范围内；范围内；（四）（四）管道直径管道直径大于大于爆轰临界直径爆轰临界直径。临临界界直直径径：管管道道中中的的可可燃燃混混气气能能形形成成爆爆轰轰的的管管道的最小直径。道的最小直径。二、爆轰形成条件二、爆轰形成条件实验室图片实验室图片三、爆轰波三、爆轰波波速波速和和压力压力（一）爆轰波（一）爆轰波波速波速混合物混合物U0(m/s)2H2
50、O22CO+O2CH4+2O2CH4+1.5O2+2.5N2C2H6+3.5O2C2H4+3O2C2H4+2O2+8N2C2H2+1.5O2282112642146188023632209174327161、精确测量、精确测量三、爆轰波三、爆轰波波速波速和和压力压力（一）爆轰波（一）爆轰波波速波速2、计算、计算混合物混合物P2(105Pa)T2(K)U1(m/s)计算值计算值实验值实验值2H2+O218.05358328062819(2H2+O2)+5O214.13262017321700(2H2+O2)+5N214.39268518501822(2H2+O2)+5H215.97297536
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