可燃預(yù)混氣體的爆轟

1、燃燒學(xué)可燃預(yù)混氣體的爆轟 按燃料與氧化劑混合模式分按燃料與氧化劑混合模式分 按火焰?zhèn)鞑サ男问椒职椿鹧鎮(zhèn)鞑サ男问椒志徣蓟鹁徣蓟鹧嫜姹Z火焰（爆震）爆轟火焰（爆震） 預(yù)混火焰預(yù)混火焰 擴散火擴散火焰焰燃燒學(xué)可燃?xì)怏w燃燒分類可燃?xì)怏w燃燒分類燃燒學(xué)爆轟的發(fā)生及形成條件1激波的理論爆轟波的破壞特點云霧爆轟現(xiàn)象正激波理論的形成過程正激波理論的形成過程假設(shè)在無限長絕熱等截面管道中的假設(shè)在無限長絕熱等截面管道中的靜止氣體，通過活塞的作用向右運動，靜止氣體，通過活塞的作用向右運動，隨著活塞的加速過程，活塞前端氣體的隨著活塞的加速過程，活塞前端氣體的速度將逐漸增大。速度將逐漸增大。當(dāng)活當(dāng)活塞加速度較小時，其表面處

2、的塞加速度較小時，其表面處的氣體將受到不斷的微弱擾動，并朝著活氣體將受到不斷的微弱擾動，并朝著活塞運動的方向傳播。塞運動的方向傳播。燃燒學(xué)初始擾動將形成的第一個波以聲速初始擾動將形成的第一個波以聲速a0向右傳播，并使波后的向右傳播，并使波后的氣體產(chǎn)生與活塞相等的微小速度氣體產(chǎn)生與活塞相等的微小速度u1。同時，受到壓縮作用的氣體同時，受到壓縮作用的氣體的溫度、壓強和密度也會增大，將導(dǎo)致被壓縮后的氣體傳播速度的溫度、壓強和密度也會增大，將導(dǎo)致被壓縮后的氣體傳播速度增大到增大到a1。燃燒學(xué)活塞繼續(xù)加速運動，又會使其鄰近的氣體再次受到壓縮，形活塞繼續(xù)加速運動，又會使其鄰近的氣體再次受到壓縮，形成絕對傳

3、播速度為成絕對傳播速度為a1+u1的第二道波。同時由于被壓縮，受到壓縮的第二道波。同時由于被壓縮，受到壓縮的壓縮氣體的溫度、壓強再次升高，的壓縮氣體的溫度、壓強再次升高，導(dǎo)致被壓縮后的氣體傳播速導(dǎo)致被壓縮后的氣體傳播速度增大到度增大到a2，形成絕，形成絕對傳播速度為對傳播速度為a2+u2的的第二道波第二道波。燃燒學(xué)當(dāng)活塞不斷向右加速，將產(chǎn)生一系列向右傳播的壓縮波，而當(dāng)活塞不斷向右加速，將產(chǎn)生一系列向右傳播的壓縮波，而且且a2+u2 a2+u2 a1+u1 a0,經(jīng)過一段時間，這些微小擾動將會經(jīng)過一段時間，這些微小擾動將會疊加到一起，便形成一個很強的波陣面，即激波，激波前后的氣疊加到一起，便形成

4、一個很強的波陣面，即激波，激波前后的氣體溫度、壓強等參數(shù)發(fā)生突變，并以超音速傳播。體溫度、壓強等參數(shù)發(fā)生突變，并以超音速傳播。燃燒學(xué)燃燒學(xué)燃燒學(xué)爆轟的發(fā)生及形成條件1激波的理論爆轟波的破壞特點2云霧爆轟現(xiàn)象爆轟的發(fā)爆轟的發(fā)生生可以分成三個階段：激波形成、爆轟發(fā)生和爆轟穩(wěn)定可以分成三個階段：激波形成、爆轟發(fā)生和爆轟穩(wěn)定。燃燒學(xué)激波形成激波形成在一端封在一端封閉長管中裝有可燃預(yù)混氣體，并在封閉的一閉長管中裝有可燃預(yù)混氣體，并在封閉的一端點燃混合氣，點然后的混合氣由于化學(xué)反應(yīng)放熱膨脹，端點燃混合氣，點然后的混合氣由于化學(xué)反應(yīng)放熱膨脹，將產(chǎn)生一道燃燒波。剛開始的火焰是以導(dǎo)熱傳播為主的緩將產(chǎn)生一道燃燒波

5、。剛開始的火焰是以導(dǎo)熱傳播為主的緩燃，而后由于溫度升高，體積膨脹。燃，而后由于溫度升高，體積膨脹。燃燒學(xué)體積膨脹的燃燒產(chǎn)物類似于一個活塞，對其后的未燃?xì)怏w體積膨脹的燃燒產(chǎn)物類似于一個活塞，對其后的未燃?xì)怏w具有一個壓縮作用，這樣就產(chǎn)生了一系列的壓縮波，這些壓縮具有一個壓縮作用，這樣就產(chǎn)生了一系列的壓縮波，這些壓縮波在未燃混合氣中傳播，各自使波前未燃混合氣的壓力波在未燃混合氣中傳播，各自使波前未燃混合氣的壓力p和溫度和溫度T發(fā)生一個微小的增量，并使其前端的未燃混合氣體獲得向前發(fā)生一個微小的增量，并使其前端的未燃混合氣體獲得向前運動的速度，由于后面的壓縮波的波速比前面的大，當(dāng)管道足運動的速度，由于后

6、面的壓縮波的波速比前面的大，當(dāng)管道足夠長時，后面的壓縮波就可能追上前面的壓縮波，最終所有的夠長時，后面的壓縮波就可能追上前面的壓縮波，最終所有的壓縮波重疊在一起，就會形成激波。壓縮波重疊在一起，就會形成激波。燃燒學(xué)爆轟發(fā)爆轟發(fā)生生當(dāng)開始形成的火焰前面產(chǎn)生激波后，由于激波所產(chǎn)生的壓力當(dāng)開始形成的火焰前面產(chǎn)生激波后，由于激波所產(chǎn)生的壓力非常高，它對未燃混合氣體的產(chǎn)生劇烈壓縮將使混合氣體的溫度非常高，它對未燃混合氣體的產(chǎn)生劇烈壓縮將使混合氣體的溫度急劇增加而著火。經(jīng)過一段時間以后，正常火焰?zhèn)鞑ヅc激波所點急劇增加而著火。經(jīng)過一段時間以后，正?；鹧?zhèn)鞑ヅc激波所點燃的火焰將合二為一，于是燃燒在管子開口至激

7、波面的整個前段燃的火焰將合二為一，于是燃燒在管子開口至激波面的整個前段進行，同時又將對其后段未點燃的氣體形成更大的壓縮作用，燃進行，同時又將對其后段未點燃的氣體形成更大的壓縮作用，燃燒以超音速傳播。燒以超音速傳播。燃燒學(xué)爆爆轟穩(wěn)定轟穩(wěn)定激波經(jīng)過的地方未燃?xì)怏w都將被點燃，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫布げń?jīng)過的地方未燃?xì)怏w都將被點燃，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫簿偷扔诩げǖ牟▌铀俣取＜げê蟮囊讶細(xì)怏w又連續(xù)產(chǎn)生了一就等于激波的波動速度。激波后的已燃?xì)怏w又連續(xù)產(chǎn)生了一系列的壓縮波，繼續(xù)向前傳播，并不斷提供能量維持這種激系列的壓縮波，繼續(xù)向前傳播，并不斷提供能量維持這種激波的傳播。波的傳播。爆轟爆轟的形成條件的形成條件燃燒學(xué)初始正

8、?；鹧?zhèn)鞑ツ芰啃纬蓧嚎s擾動初始正?；鹧?zhèn)鞑ツ芰啃纬蓧嚎s擾動從本質(zhì)上講，激波形成的直接原因是燃燒所產(chǎn)生的壓縮擾從本質(zhì)上講，激波形成的直接原因是燃燒所產(chǎn)生的壓縮擾動。初始正?；鹧?zhèn)鞑ツ芊癞a(chǎn)生壓縮擾動，是能否形成爆轟的動。初始正?；鹧?zhèn)鞑ツ芊癞a(chǎn)生壓縮擾動，是能否形成爆轟的關(guān)鍵。要形成激波，必須要使產(chǎn)生的一系列波在某個時刻能夠關(guān)鍵。要形成激波，必須要使產(chǎn)生的一系列波在某個時刻能夠疊加到一起，而只有壓縮擾動具有這樣的特點。疊加到一起，而只有壓縮擾動具有這樣的特點。燃燒學(xué)預(yù)混氣體容器或管子的尺寸必須足夠大預(yù)混氣體容器或管子的尺寸必須足夠大從從壓縮壓縮波的形成到最后的疊加，需要一定的過程，必波的形成到最后的

9、疊加，需要一定的過程，必須保證預(yù)混氣體容器或管子的尺寸足夠大，才能保證產(chǎn)須保證預(yù)混氣體容器或管子的尺寸足夠大，才能保證產(chǎn)生的一系列波能夠在碰到容器壁或管的端部前疊加在一生的一系列波能夠在碰到容器壁或管的端部前疊加在一起，形成重疊波。起，形成重疊波。燃燒學(xué)正常火焰封面與爆轟形成位置之間的距離成為爆轟前正?；鹧娣饷媾c爆轟形成位置之間的距離成為爆轟前期間距，與管道的內(nèi)徑和粗糙度有關(guān)，對于粗糙管道，其期間距，與管道的內(nèi)徑和粗糙度有關(guān)，對于粗糙管道，其爆轟前期間距為管徑的爆轟前期間距為管徑的24倍，管壁光滑的管道爆轟前期倍，管壁光滑的管道爆轟前期間距可達到管徑的幾十倍。間距可達到管徑的幾十倍。燃燒學(xué)管道

10、直徑大于爆轟臨界直徑管道直徑大于爆轟臨界直徑如果管道直徑太小，火焰的熱損失就會很大，同時，火焰中如果管道直徑太小，火焰的熱損失就會很大，同時，火焰中自由基也越容易碰撞管壁而失去活性。所以要形成爆轟，管徑必自由基也越容易碰撞管壁而失去活性。所以要形成爆轟，管徑必須大于某一臨界值，稱之為爆轟臨界直徑。一般可燃?xì)怏w的爆轟須大于某一臨界值，稱之為爆轟臨界直徑。一般可燃?xì)怏w的爆轟臨界直徑為臨界直徑為1215mm。燃燒學(xué)可燃?xì)夂恳诒Z極限范圍內(nèi)可燃?xì)夂恳诒Z極限范圍內(nèi)只有可燃混合氣的含量達到一定條件時，爆轟才能形成，只有可燃混合氣的含量達到一定條件時，爆轟才能形成，如果含量太高或太低，都不利于爆轟

11、的發(fā)生。如果含量太高或太低，都不利于爆轟的發(fā)生。燃燒學(xué)【思考思考】爆轟極爆轟極限與爆炸極限對限與爆炸極限對比，區(qū)別在哪？比，區(qū)別在哪？為什么？為什么？氣體氣體爆轟波的傳播速度與盛氣體管子的放置方法（垂直爆轟波的傳播速度與盛氣體管子的放置方法（垂直或水平、或傾斜）、起爆源的種類、引爆端是閉口還是開口或水平、或傾斜）、起爆源的種類、引爆端是閉口還是開口等無關(guān)。等無關(guān)。與管子的形狀有關(guān)。與管子的形狀有關(guān)。 燃燒學(xué)氣體爆轟傳播的氣體爆轟傳播的影響因素影響因素混合氣體混合氣體的的初始溫度初始溫度對爆轟波速度影響很小，隨溫度升高，對爆轟波速度影響很小，隨溫度升高，爆速稍微下降，這是因為溫度高使氣體密度減小

12、所造成的。如爆爆速稍微下降，這是因為溫度高使氣體密度減小所造成的。如爆鳴氣（鳴氣（2H2O2）初始溫度為）初始溫度為100C時，測出的爆速值為時，測出的爆速值為2821m/s，而而1000C時為時為2790m/s。 混合氣體混合氣體的爆速隨的爆速隨初始壓力初始壓力的提高而提高。的提高而提高。 燃燒學(xué)燃燒學(xué)爆轟的發(fā)生及形成條件激波的理論爆轟波的破壞特點23云霧爆轟現(xiàn)象爆爆轟波的破壞特點轟波的破壞特點燃燒學(xué)爆轟波相對于波前氣體是超音速的，造成了巨大的破壞，爆轟波相對于波前氣體是超音速的，造成了巨大的破壞，主要有以下破壞特點：主要有以下破壞特點：爆轟波波速快，會導(dǎo)致設(shè)備中的泄壓裝置失效。爆轟波波速快

13、，會導(dǎo)致設(shè)備中的泄壓裝置失效。爆爆轟波壓力大，尤其在碰到器壁反射時，會產(chǎn)生更大的壓轟波壓力大，尤其在碰到器壁反射時，會產(chǎn)生更大的壓力，其對建筑物具有很強的破壞性。力，其對建筑物具有很強的破壞性。燃燒學(xué)燃燒學(xué)爆轟波是一種激波，對人體具有殺傷作用。爆轟波是一種激波，對人體具有殺傷作用。防止爆轟形成的措施防止爆轟形成的措施燃燒學(xué) 在管徑中安裝阻火器，降低管徑。在管徑中安裝阻火器，降低管徑。 在爆轟波剛生成時，急劇增大管徑，減少壓縮作在爆轟波剛生成時，急劇增大管徑，減少壓縮作用，阻斷爆轟。用，阻斷爆轟。燃燒學(xué)爆轟的發(fā)生及形成條件激波的理論爆轟波的破壞特點3云霧爆轟現(xiàn)象4云云霧爆霧爆轟是指轟是指液體燃料

14、霧滴散布于氣體氧化劑或空氣液體燃料霧滴散布于氣體氧化劑或空氣當(dāng)中形成的液一氣兩相混合物的爆轟當(dāng)中形成的液一氣兩相混合物的爆轟。云霧爆轟是云霧爆轟是一種不均勻爆轟一種不均勻爆轟。不。不均勻相爆轟均勻相爆轟的分的分為四為四種：種： 不不揮發(fā)油滴懸浮于氧氣或空氣中所發(fā)生的不均勻爆揮發(fā)油滴懸浮于氧氣或空氣中所發(fā)生的不均勻爆轟轟；燃燒學(xué) 充有氧氣的管子內(nèi)壁上涂以液態(tài)油膜所發(fā)生的不均充有氧氣的管子內(nèi)壁上涂以液態(tài)油膜所發(fā)生的不均勻爆轟；勻爆轟； 充有氧氣的管子內(nèi)壁上涂以固態(tài)碳?xì)浠衔锘蚬虘B(tài)充有氧氣的管子內(nèi)壁上涂以固態(tài)碳?xì)浠衔锘蚬虘B(tài)碳粉末所發(fā)生的不均勻爆轟；碳粉末所發(fā)生的不均勻爆轟； 金屬粉末或其他固體可燃

15、物粉塵懸浮于氧氣中所產(chǎn)金屬粉末或其他固體可燃物粉塵懸浮于氧氣中所產(chǎn)生的不均勻爆轟。生的不均勻爆轟。 燃燒學(xué)云霧爆轟云霧爆轟課課題的研題的研究受究受到重到重視視的原因有兩個方面：一與采的原因有兩個方面：一與采煤、采煤、采油等礦業(yè)生產(chǎn)，以及石油、化工、油等礦業(yè)生產(chǎn)，以及石油、化工、糧食、紡織等工業(yè)生產(chǎn)的安全性緊糧食、紡織等工業(yè)生產(chǎn)的安全性緊密相關(guān)密相關(guān)，二是，二是與近與近3030年來發(fā)展起來年來發(fā)展起來的的燃燃料空氣炸料空氣炸彈彈這這一武器技術(shù)的研一武器技術(shù)的研究相關(guān)。究相關(guān)。 燃燒學(xué)燃燒學(xué)2007年年11月月24日，上海浦東一個加油站發(fā)生爆炸，日，上海浦東一個加油站發(fā)生爆炸， 4人死亡。人死亡。 燃燒學(xué)經(jīng)經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，此次爆過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，此次爆炸事故是在停業(yè)檢修過程炸事故是在停業(yè)檢修過程中，現(xiàn)場施工人員違章作業(yè)，在未對與管道相通的中，現(xiàn)場施工人員違章作業(yè)，在未對與管道相通的2號儲號儲氣罐進行有效安全隔離情況下，用壓縮空氣對管道實施氣氣罐進行有效安全隔離情況下，用壓縮空氣對管道實施氣密性試驗，導(dǎo)致該儲氣罐內(nèi)未經(jīng)清洗置換的液化石油氣與密性試驗，導(dǎo)致該儲氣罐內(nèi)未經(jīng)清洗置換的液化石油氣與壓縮空氣混合，引起化學(xué)性爆炸。壓縮空氣混合，引起化學(xué)性爆炸。 燃燒學(xué)云霧爆轟波的傳播速