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均匀体系的热爆炸解析

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:与这种局部点火不同,另一种爆炸涉及整个均匀混合物体系内部温度和压力同时达到爆炸极限,快速化学反应在整个体系内部同时发生,这种爆炸被称为热爆炸,或者自点火。由第2 章和第3 章可知,反应的热释放率与体系的热力学状态以及反应动力学过程密切相关,而体系与外界之间的热交换受到体系约束边界和外界环境的强烈影响。非预混体系的热爆炸问题将在第11章详细讨论。

均匀体系的热爆炸解析

本书中讨论的爆炸指的是反应混合物由于化学反应而迅速释放大量热的过程。对于给定当量比的燃料-氧化剂混合物,快速和缓慢反应区间之间由压力-温度给定的边界称为爆炸极限。如果某种外界影响,如提高某个区域的温度或压力达到爆炸极限,引发了混合物局部区域的快速化学反应,如果混合物浓度在可燃范围内(详见第10章),反应区将在整个体系中迅速传播,导致受迫点火,或电火花点火。与这种局部点火不同,另一种爆炸涉及整个均匀混合物体系内部温度和压力同时达到爆炸极限,快速化学反应在整个体系内部同时发生,这种爆炸被称为热爆炸,或者自点火。实际上,在真实的热爆炸过程中,在均匀体系的整个空间内同时发生快速化学反应的假设并不合理。自点火往往仍然起源于局部点火,随着局部火焰的传播引发全局效应,即体系的其他区域也发生快速化学反应。

热爆炸能否发生的核心在于体系放热反应释放的热量和体系与外界之间热损失的相互竞争。由第2 章和第3 章可知,反应的热释放率与体系的热力学状态以及反应动力学过程密切相关,而体系与外界之间的热交换受到体系约束边界和外界环境的强烈影响。即使初始体系并未达到爆炸极限,以有限反应速率进行的缓慢化学反应仍然会释放热量,如果这部分热量无法及时离开混合体系,会导致体系温度上升,反应速率随温度上升而加速,进一步提高热释放率,这种温度与反应速率之间非稳定的自反馈循环会导致热失控,混合体系达到爆炸极限,引发热爆炸。因此,本章要讨论的两个重要问题是:①一个不考虑流动的均匀预混反应混合体系发生热爆炸的临界条件;②发生热爆炸的均匀预混体系的点火延迟时间,即体系从初始状态达到爆炸极限的时间。非预混体系的热爆炸问题将在第11章详细讨论。(www.xing528.com)

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