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消防燃烧学:燃烧充分条件及链锁反应

时间:2023-09-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:(四)未受抑制的链锁反应对于无焰燃烧,以上3个条件同时存在,相互作用,燃烧即会发生;而对于有焰燃烧,除以上3个条件外,在燃烧过程中存在未受抑制的自由基(游离基),形成链锁反应,使燃烧能够持续下去。经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。

消防燃烧学:燃烧充分条件及链锁反应

(一)一定浓度的可燃物

要燃烧,必须具备一定浓度的可燃物。如果可燃物的浓度不能达到一定比例,燃烧就不一定发生。例如,氢气在空气中的含量达到4%~75%之间时遇点火源就能着火甚至爆炸;但若氢气在空气中的含量低于4%或高于75%时,发生爆炸的概率就比较低。又如,在20℃的条件下,用火柴分别去点汽油煤油时,汽油立刻燃烧起来,而煤油却不燃。这是因为在室温下的煤油蒸气浓度少,还没有达到燃烧所需要的浓度。由此说明,虽然有可燃物,但其挥发的气体或蒸气浓度不够,即使有空气(氧化剂)和点火源的接触,也不能发生燃烧。

(二)一定比例的助燃物

要使可燃物燃烧,助燃物的比例必须足够,否则燃烧不可能发生或燃烧会减弱,甚至熄灭。例如,点燃的蜡烛用玻璃罩罩起来,不使周围空气进入,经过较短时间后,蜡烛就会自行熄灭。通过对玻璃罩内气体的分析,发现气体中还含有16%的氧气,这说明蜡烛在氧含量低于16%的空气中就不能燃烧。测试表明,一般可燃物燃烧都需要有一个最低氧化剂浓度(即最低氧含量),低于此浓度燃烧就不会发生。部分物质燃烧所需最低氧含量见表2-1。

表2-1 部分物质燃烧所需最低氧含量 (%)

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(三)一定强度的点火源

无论何种能量的点火源,都必须达到一定的强度才能引起可燃物着火。也就是说,点火源必须有一定的温度和足够的热量,否则,燃烧便不会发生。

能引起一定浓度可燃物燃烧所需的最小能量称为最小引燃能量(也称最小点火能量)。物质能否燃烧,取决于点火源的强度,点火源的强度低于最小点火能量便不能引起可燃物燃烧。例如:从烟囱冒出来的炭火星,温度约有600℃,已超过一般可燃物的燃点,如果这些火星落在柴草、纸张和刨花等易燃物上,就能引起着火,说明这种火星所具有的温度和热量能引燃这些物质;如果这些火星落在大块木材上,虽有较高的温度,但缺乏足够的热量,不但不能引起大块木材着火,而且还会很快熄灭。再如,生活中人们生炉子,总要先用废纸、刨花、木炭等容易着火的物质来引火,这就是利用这些物质燃烧时放出的热量把炉子里的煤炭焦炭)加热到一定温度使其燃烧,之后由于煤炭(焦炭)本身燃烧放出大量的热,在炉子里保持着相当高的温度,使煤炭(焦炭)能持续自行加热燃烧。

由此说明,只有具备一定温度和热量的点火源,才能引起可燃物的燃烧。不同的可燃物燃烧时所需要的温度和热量各不相同,几种常见可燃物燃烧所需要的温度(也就是燃点)见表2-2。

表2-2 几种常见可燃物的燃点 (单位:℃)

978-7-111-46757-1-Chapter02-10.jpg(www.xing528.com)

一些可燃物的最小点火能量,见表2-3。

表2-3 一些可燃物的最小点火能量 (单位:mJ)

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注:表中百分数为体积分数。

(四)未受抑制的链锁反应

对于无焰燃烧,以上3个条件同时存在,相互作用,燃烧即会发生;而对于有焰燃烧,除以上3个条件外,在燃烧过程中存在未受抑制的自由基(游离基),形成链锁反应,使燃烧能够持续下去。

燃烧三要素可表示为封闭的三角形,通常称之为着火三角形,如图2-1a所示。

经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。但是根据燃烧的链锁反应理论,很多燃烧的发生和持续都有自由基(游离基)作为“中间体”,因此,着火三角形应扩大为一个包括说明自由基参加燃烧反应的着火四面体,如图2-1b所示。

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图2-1 着火三角形和着火四面体

a)着火三角形 b)着火四面体

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