热自燃理论分析：燃烧学实验揭示着火临界温度

从图4-3可以看出，当改变环境温度T₀分别为T₁、T₂、T₃时，放热曲线Q_放和散热曲线Q_散之间的关系有3种情况：有A、B两个交点、只有C一个交点、没有交点。现对这3种情况进行简要分析。

（一）当环境温度较低时，如T₀=T₁

起初系统中的混气温度等于环境温度T₁，所以散热速度为零，但这时化学反应是在缓慢进行的。随着化学反应的进行，释放出少量热量，使混气温度上升，与环境之间产生温差，开始向环境散热。由于此时放热速度大于散热速度，混气温度将不断上升，直到等于T_A。此后混气温度将保持稳定，因为当混气温度高于T_A时，放热速度小于散热速度，混气温度将下降，回到T_A。由此可以看出，A点是一个可以达到的稳定点，它实际上代表一种化学反应速度很小的缓慢氧化状态。显然，在这样的初始条件下，混气的温度不会自动持续升高，反应也不能自动加速而着火，这说明混气还不具备着火的条件。

从A点到B点的过程中，散热速度一直大于放热速度。因此，如果仅依靠自身的反应，混气温度不可能继续升高，所以B点是达不到的。另外B点是一个不稳定点，如果有一个微小增温扰动，使混气温度略大于T_B，这时由于放热速度总大于散热速度，混气温度将会越来越高；如果有一个微小降温扰动，使混气温度略低于T_B，这时由于散热速度总大于放热速度，混气温度将会越来越低，直至返回T_A。

（二）当环境温度较高时，如T₀=T₃

这时由于放热速度总是大于散热速度，混气温度将会不断升高，化学反应不断加速，最后必然导致着火。

（三）当环境温度恰好时，如T₀=T₂

这时，放热曲线Q_放和散热曲线Q_散刚好相切于C点。分析C点可以发现它具有以下重要特点：

（1）C点能达到。因为在C点以前放热速度总是大于散热速度，混气温度会从T₂自动升高到T_C。

（2）C点是一个不稳定点。如果有一个微小增温扰动，使混气温度略大于T_C，则因放热速度总大于散热速度而使混气温度自动升高，化学反应速度自动加速，直至着火。(www.xing528.com)

由上述分析可以得出热自燃理论的一个重要结论：T₂是发生着火的临界温度（即着火的初温条件），超过这个温度，混气就会自动升温、反应自动加速，最终着火。在分析中，是保持压力和换热系数恒定，由此得出着火的临界温度。进一步分析可知，若保持压力和环境温度恒定，则可得出着火的临界换热系数；若保持环境温度和换热系数恒定，则可得出着火的临界压力，如图4-4、图4-5所示。

图4-4 着火的临界换热系数

图4-5 着火的临界压力

对于临界点C，还可以看出：在C点以前，由于放热速度与散热速度之差越来越小，因此，从T₂到T_C是一个缓慢升温的过程；而在C点以后，由于放热速度与散热速度之差越来越大，因此，会出现急剧升温。C点标志着由低温缓慢氧化状态到高温剧烈燃烧状态的过渡，也就是说混气在C点以后一定会着火，T_C则是可能出现火焰的最低临界温度，可近似取T_C为混气的自燃温度（自燃点）。自燃点T_C与很多因素有关，它受混气的性质、放热速度和散热速度等因素影响，如图4-6所示。如果在实验时将外界条件固定，那么自燃点T_C就只与混气的性质有关，此时测得的自燃点T_C就可以用来评定可燃预混气体的自燃难易程度。

图4-6 放热速度和散热速度对自燃点的影响