火災動力學FD03b-生成熱燃燒熱

提綱引入新概念生成熱燃燒熱熱釋率基于氧氣的量熱計原理生成熱標準生成熱被定義成一摩爾物質在標準狀況（298.15Kor25℃，一個大氣壓）下從其組成原子生成到當前狀態(tài)所發(fā)生的焓值變化，其符號是ΔHfO。生成熱是基本物性參數(shù)，與反應過程無關。生成熱標況：P=1atm和T=298K-上標0代表標準參考狀態(tài)生成熱是一種與化學組成密切相關的物性。元素的生成熱在其標況下的生成熱被定義為零。其他物質的生成熱需要通過簡單的放熱反應來測定或計算。舉例：典型的生成熱舉例：生成熱燃燒熱固體或液體的燃燒熱通常用一種稱作氧彈量熱計的裝置來測量。基本定義：1摩爾物質在燃燒過程中的放熱，通過反應物與生成物之間的能量差來計算在純氧中燃燒1摩爾甲烷釋放出890.3kJ的熱能。Example:海斯定律Hess’sLaw

CombustionofCH4Route1:完全反應，產物

CO2Route2:部分反應，中間產物是

CO反應過程中的焓值變化與系統(tǒng)的初始和終了狀態(tài)有關，與路程途徑無關。不同路徑，相同放熱。Differentpathways,sameheat!典型的燃燒熱與測量裝置（氧彈量熱計）氧彈

量熱計這一裝置在固定體積下點火燃燒，燃燒生成的熱量通過周圍的水浴來吸收。由于水的吸熱能力大，所以水浴的升溫很?。ㄒ灾劣谒〉纳嵘?，可以忽略不計），而水浴的溫度測量可以很均勻準確，所以測量的結果是相當可靠的。燃燒熱如果把燃燒產物回復到原始狀態(tài)（溫度），特別是把水蒸氣冷凝成水（即包括汽化熱），得到的熱值成為高熱值(higherheatingvalue，HHV)(或者

grosscalorificvalue

毛熱值，GHV(grossheatingvalue)，毛熱值，grossenergy

毛能量，

upperheatingvalue熱值上限)。如果讓燃燒產物保留在氣態(tài)，得到的熱值成為低熱值LHV(lowheatingvalue)。同樣的燃燒反應，產物水是液態(tài)還是氣態(tài)會導致不同的燃燒熱。所以燃燒熱是一種過程參數(shù)，而生成熱是狀態(tài)參數(shù)或物性參數(shù)。如果產物是液態(tài)水，燃燒熱被稱作高值燃燒熱（HVHC）對應的氣態(tài)水，燃燒熱被稱作低值燃燒熱（LVHC）。對于作為工業(yè)過程的鍋爐燃燒，通常使用低值燃燒熱進行計算，因為水蒸汽一旦液化，就會溶解CO2和SO2，形成酸性液體，對煙道帶來很大的腐蝕性。所以工業(yè)過程避免燃燒產物水的液化，因此只能計算利用低值燃燒熱?；馂念I域，用低值燃燒熱（LVHC）兩者之差對火災來說，意義不大。水汽狀態(tài)的影響熱釋率熱釋率HeatReleaseRate(,HRR,orburningrate)是火場中火源釋放的能量速率。

熱釋率相當于驅動火災或煙氣發(fā)生的動力引擎，因此是最重要的參數(shù)。

確定熱釋率HRR是火災災害分析的最重要的一步和起點?；馂闹钥膳?，就是因為存在一個正向反饋的機制，熱量造成更多的熱量。是燃燒率或質量損失率

burningormasslossrate(kg/sec)

是有效燃燒熱(kJ/kg)量熱計Calorimetry量熱學是指測量化學反應熱火物理變化熱的科學。量熱學的主要工具是量熱計；量熱學Calorimetry來源于拉丁詞匯

calor，意思是熱量，metry意思是測量。蘇格蘭醫(yī)生和科學愛好者JosephBlack第一次意識到熱量與溫度的差異，因此是量熱計技術的奠基人。14基于氧量測量的量熱計盡管在化學反應中，燃料是主要的能源載體，氧化劑在燃料的釋熱過程中發(fā)揮決定性作用。Burgessandwheeler首先注意到在低燃限附近，一摩爾燃料的燃燒熱幾乎是恒定的。Thornton證實了氧氣與燃燒熱之間的固定關系。Huggett發(fā)現(xiàn)這個規(guī)律適用于幾乎所有的固體燃料?，F(xiàn)在被稱作氧量放熱律，這一規(guī)律經常被用于各種理論和實驗，來簡化總能量的估算過程。典型氧量量熱計擴散火焰的燃燒平臺示意圖Aschematicdiagramofthecombustionrigsforthediffusionflameexperiments家具量熱計(17)室內量熱計錐形量熱計2004年，在美國馬里蘭州Beltsville建立的ATF火災實驗室，擁有一臺大規(guī)模的量熱器。假設煙道的質量流率（主要是燃燒產物，并被卷吸的空氣所稀釋）是10kg/s，而煙道中的氧量探頭給出其中的氧氣濃度是17%，請估算煙氣罩下的燃料釋熱率。簡單練習題量熱計工作機理Solution:首先，我們需要把體積（分子）濃度轉化為質量