探讨燃烧速度与直径变化的关系及阻火器的作用

一般认为燃烧速度就是在单位面积上、单位时间内烧掉的可燃物质的数量。

由于可燃物质聚集状态（气体、液体和固体）的不同，当其接近火源或受热时，发生不同的变化，形成不同的燃烧过程，燃烧速度也不尽相同。

1.气体燃烧速度

由于气体的燃烧不需要像固体、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，简单气体的燃烧速度比复杂气体的燃烧速度快。

火焰传播速度在不同直径的管道中测试得出的结果是不同的。表1-4列出了甲烷和空气混合物在不同管径下的火焰传播速度。一般随着管道直径增大而增加，当达到某个直径时燃烧速度就不再增加。同样，随着管道直径的减小而减少，并在达到某种小的直径时火焰在管中就不再传播。管中火焰不再传播时的管径称为极限管径。

表1-4　甲烷和空气混合物在不同管径时的传播速度　cm/s

这种现象可以用链式反应理论来解释。随着管子直径的减小，燃烧反应的自由基与管壁碰撞的机会增加，燃烧温度与火焰传播速度就相应降低，直至停止传播。

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 cm/s，向上垂直放时为75 cm/s，而向下垂直放时为59.5 cm/s。

2.液体燃烧速度

液体的燃烧速度可用质量速度或直线速度两种方法表示。液体燃烧的质量速度是指每平方米面积上，1h烧掉液体的质量；直线速度是指1h内烧掉的液体层的高度（cm）。

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0.5～2m/s。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。几种易燃液体的燃烧速度如表1-5所示。

表1-5　几种易燃液体的燃烧速度

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。火焰通过辐射加热液体，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℃时燃烧速度为165.37 kg/（m2·h）；在40℃时为177.18 kg/（m2·h）；60℃时为193.3 kg/（m2·h）。此外，风速对火焰蔓延速度也有很大影响。具体影响因素有以下几方面：

（1）液体初温。

可燃液体的初始温度越高，把液体加热到燃点所需要的热量就越少，因此初温越高，燃烧速度越快。

（2）容器直径大小。

将液体放于圆柱形立式容器中实验，发现容器直径小于0.03 m时，燃烧速度随直径增大而减少。容器直径为0.03～1 m时，随直径增大而逐渐上升到某一恒定值。当容易直径大于1m时，液体的燃烧速度不受直径变化的影响。

（3）容器中液面深度。

随着容器中液位的下降，直线燃烧速度相应降低。这是因为随着液位下降，液面到火焰底部的距离加大，所以火焰向液面的传热速度降低。

（4）液体中含水量。

液体中含水时，液体的燃烧速度下降，而且含水量越多，燃烧速度越慢。

（5）风的影响。

风有利于空气和液体蒸汽的混可，可使燃烧速度加快。

3.固体燃烧速度

固体物质的燃烧速度，一般要小于可燃气体和可燃液体的燃烧速度。不同的可燃固体物质其燃烧速度有很大差异。如萘及其衍生物、三硫化磷、松香等，在常温下是固体，燃烧过程是受热熔化、蒸发、气化、分解、氧化、起火燃烧，一般速度较慢。而其他一些如硝基化合物、含硝化纤维素的制品等，本身含有不稳定的基团，燃烧是分解式的，燃烧比较剧烈、速度很快。

对于同一种固体可燃物质其燃烧速度还取决于燃烧比表面积，即燃烧的表面积与体积的比例越大，则燃烧速度越大；反之，燃烧速度越小。部分固体可燃物质的燃烧速度如表1-6所示。

表1-6　部分固体可燃物质的燃烧速度

【能力提升训练】

阻火器（见图1-3）是用来阻止易燃气体和易燃液体蒸汽的火焰蔓延的安全装置。一般安装在输送可燃气体的管道中，或者通风的槽罐上，阻止传播火焰（爆燃或爆轰）通过的装置，由阻火芯、阻火器外壳及附件构成。

阻火器也常用在输送易燃气体的管道上。假若易燃气体被引燃，气体火焰就会传播到整个管网。为了防止这种危险的发生，也要采用阻火器。阻火器也可以使用在有明火设备的管线上，以防止回火事故。但它不能阻止敞口燃烧的易燃气体和液体的明火燃烧。

请你通过本节所学知识或参考相关资料，写出阻火器的应用原理。

图1-3　阻火器

【归纳总结提高】

1.扩散燃烧的特点是（）。(www.xing528.com)

A.燃烧比较稳定，扩散火焰不运动，可燃气体与氧化剂气体的混合在可燃气体喷口进行

B.燃烧反应快，温度高，火焰传播速度快，反应混合气体不扩散

C.在可燃混气中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源

D.燃烧充分，燃烧速度快，燃烧区呈高温白炽状

2.（）的燃烧方式是表面燃烧。

A.木炭　　　　　　　　　　　　　B.合成塑料

C.蜡烛　　　　　　　　　　　　　D.焦炭　　　　　　　　　E.铁

3.下列属于蒸发燃烧的是（）。

A.焦炭的燃烧　　　　　　　　　　B.沥青的燃烧

C.煤的燃烧　　　　　　　　　　　D.铁的燃烧

4.对于原油储罐，当罐内原油发生燃烧时，不会产生下列哪个现象（）。

A.闪燃　　　　　　　　　　　　　　B.热波

C.蒸发燃烧　　　　　　　　　　　D.阴燃

5.汽油闪点低，易挥发，流动性好，存有汽油的储罐受热不会产生（）。

A.蒸汽燃烧及爆炸　　　　　　　　B.容器爆炸

C.泄露产生流淌火　　　　　　　　D.沸溢和喷溅

6.木材的燃烧属于（）。

A.蒸发燃烧　　　　　　　　　　　B.分解燃烧

C.表面燃烧　　　　　　　　　　　D.阴燃

7.生活中燃气做饭属于（）。

A.分解燃烧　　　　　　　　　　　B.动力燃烧

C.扩散燃烧　　　　　　　　　　　D.预混燃烧

8.固体可燃物由于其分子结构的复杂性和物理性质的不同，燃烧方式也不相同，但不包含下列（）。

A.蒸发燃烧　　　　　　　　　　　B.分解燃烧

C.阴燃　　　　　　　　　　　　　　D.闪燃

9.气体可燃物、液体可燃物和固体可燃物的燃烧速度哪一个更快？（）

A.气体快　　　　　　　　　　　　B.液体快

C.固体快　　　　　　　　　　　　D.一样快