林火原理2Word下载.docx
- 文档编号:14715885
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:40
- 大小:56.55KB
林火原理2Word下载.docx
《林火原理2Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《林火原理2Word下载.docx(40页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
可燃物剧烈氧化后的传热、传质和流动等现象也都是物理过程。
因此,燃烧是一种复杂的物理和化学过程。
可燃物是多种多样的,从燃烧学的角度,按其形态可分为气态、液态和固态可燃物三种;
按其来源又可分为天然可燃物和人造可燃物两类。
例如:
主要的气态可燃物有天然气、液化石油气、人造煤气、沼气等;
液态可燃物有石油及其炼制产品、若干醇类及部分植物油等;
固态可燃物有煤、煤的干馏残余物、木材、木炭等。
因此,可将森林可燃物视为天然固体可燃物的范畴。
火灾中遇到的可燃物种类则更加繁多。
除了工程燃烧中使用的燃料(即工程燃烧中使用的可燃物统称)外,还包括多种木材和各种人工聚合物。
可燃物包含有一定的可燃元素。
自然界的可燃元素很多,主要是碳(C)、氢(H)、硫(S)、氮(N)等。
此外,许多金属也很容易燃烧,如锂、钠、铍等,它们可在一些特定场合下使用。
对燃烧中的可燃物而言,还应考虑到部分添加元素的含量,如氯(CI)、氟(F)等,它们在燃烧过程中往往会产生毒性与腐蚀性很强的物质。
为了定量计算燃烧过程的物质和能量转换规律,需要了解这些元素及由其构成的各类可燃化合物的燃烧特性。
有些元素的燃烧反应可以生成完全燃烧产物,也可以生成不完全燃烧产物,例如:
碳(C)的燃烧可生成一氧化碳(CO),也可以生成二氧化碳(CO2)。
不完全燃烧产物还可以进一步燃烧生成完全燃烧产物,又如H2S、NO、NO2等。
H2S的燃烧可以生成SO2、也可以生成SO3。
从可燃物的组成上讲,可燃物可分为单纯物质和化合物两种。
单纯物质是指由一种分子组成的物质。
部分可燃气体和低分子的可燃液体便为单纯物质,如以H2、CO、CH4、H2S等为例可作如下分析:
(1)氢气(H2)
氢气是无色无味的气体,密度为0.0899kg/Nm3,难溶于水,临界温度为-239.9℃,着火温度为510~590℃。
空气助燃时火焰传播速度为267cm/s,比其他单纯气体燃烧都高。
(2)一氧化碳(CO)
一氧化碳也是无色无味的气体,密度为1.250kg/Nm3,难溶于水,临界温度为-197℃,着火温度610~658℃。
当它的气体混合物中含有少量水时,可使其着火温度降低。
火焰为蓝色。
一氧化碳的毒性很大,当空气中含有0.06%一氧化碳时即有害于人体,含有0.20%时可使人失去知觉,含有0.40%时可使人迅速死亡。
(3)甲烷(CH4)
甲烷为无色气体,微有葱臭味,密度为0.715kg/Nm3,难溶于水。
临界温度为-82.5℃,与空气混合后易发生爆炸。
着火温度为530~750℃,火焰呈微弱亮火。
当空气中的甲烷浓度达到25%~30%时便可对人体构成毒害。
(4)硫化氢(H2S)
硫化氢也是无色气体,具有浓烈的臭鸡蛋气味,密度为1.52kg/Nm3,易溶于水。
着火温度为364℃,火焰呈蓝色,毒性极大,室内空气中最大允许浓度为0.01g/Nm3,当浓度达到0.04%时便有害于人体,达到0.1%时可致人死亡。
除以上单纯物质可燃物外,绝大部分可燃物都是多种单纯物质的混合物或多种元素的复杂化合物。
实用的气体燃烧中,包括H2、CO和CH4等组成,其实际燃烧性质由不同组分的含量决定。
火灾烟气中不但含有可燃气体,还会有多种可燃液滴和固体颗粒。
对于人工聚合物,其成分更加复杂。
2.1.1.2可燃物的燃烧热
在燃烧反应中会放出大量的热,这实际上是可燃物的化学能转化为热能的结果。
无论哪一种可燃物的燃烧,其化学反应总是全部或部分在气相中燃烧。
同时,大部分燃烧现象总是伴随着火焰传播和流动,而且有的燃烧现象就发生在流动的系统中。
燃烧现象中的气体是多组分的,可能有燃料气、氧化剂、燃烧产物、惰性气体,以及各种自由基等。
假设反应体系在等温条件下进行某一化学反应过程,若除了膨胀功之外,不作其他功,则此体系吸收或释放的热量称为该反应的热效应。
对某个已知化学反应,通常所说的热效应还规定了等压条件。
当反应是在1atm(1标准大气压≈1.01×
105Pa)、298K的条件下进行的,其热效应称为标准热效应。
显然,这一化学反应过程的热效应是该过程的最大放热量。
燃烧热是指1摩尔(mol)的可燃物(燃料),在25℃,1个大气压下完全燃烧时释放的热量,称为该可燃物的燃烧热(kJ/mol)。
在标准状态下的燃烧热称为标准燃烧热。
对于木材,由于不知道它的精确分子,常用它的基(C6H9O4)的量(即145g)作计量单位,其燃烧方程式如下:
4C6H9O4+25O2→18H2O+24CO2+1.1596×
103kJ
即4×
145×
145g木材完全燃烧时放出2.8993MJ的热量,故木材燃烧反应的燃烧热为19.99kJ/mol。
在火灾科学研究中,可燃物的燃烧热是一个经常使用的重要参数(如表2-1)。
表2-1部分常见可燃物的燃烧热
单位:
kJ/mol
名称
燃烧热
碳(石墨)
-392.88
庚烷
-4811.18
环庚烷
-4549.26
氢气
-285.77
辛烷
-5450.50
环戊烷
-3278.59
一氧化碳
-282.84
十二烷
-8132.43
醋酸
-876.13
甲烷
-881.99
十六烷
-1070.69
苯酸
-3226.7
乙烷
-1541.39
乙烯
-1411.26
乙基醋酸盐
-2246.39
丙烷
-2201.61
乙醇
-1370.94
甲苯
-3908.96
丁烷
-2870.64
甲醇
-712.95
苯乙烯
-4381.09
戊烷
-3486.95
苯
-3273.14
氨基甲酸乙酯
-1661.88
注:
以上常见可燃物是在1atm、常温(25℃)条件下,产物为N2、H2O(l)和CO2时的燃烧热
一般情况下在进行计算时,为了使用方便,可燃物的量还经常使用质量(kg)或体积(m3)作基本计量单位,用这种形式表示的燃烧热通常称为热值。
热值又可进一步划分为高位热值和低位热值。
高位热值是指常温(一般为25℃)下的可燃物完全燃烧后,将燃烧产物冷却到初始温度,并使其中的水蒸气凝结为水所放出的热量。
低位热值是指常温下的燃料完全燃烧后,将燃烧产物冷却到初始温度,但水分仍以蒸汽形式存在时所放出的热量。
液态和固态可燃物的热值通常使用氧弹式量热计测定,气态可燃物的热值通常用水流式气体量热计测定。
需要注意的是,在燃烧现象中,可燃物的燃烧经常是不完全的。
一方面是可燃物没有消耗完毕,另一方面是造成了大量的不完全产物。
因此,在计算放热量时,简单直接引用燃烧热的数值可能不符合实际情况。
但燃烧热毕竟是可燃物燃烧放热特性的最基本参数,因此在实际放热状况中,以燃烧热为基础,结合燃烧环境的特点可适当修正来确定。
2.1.1.3反应物的浓度与反应速率
(1)浓度及其表示法
单位体积中所含物质的量即为该物质的浓度,其表示方法有下面几种。
①分子浓度
分子浓度是指单位容积内某物质的分子数,单位是l/m3,表示为:
ni=Ni/V
式中:
ni表示某物质的分子浓度;
Ni表示某物质的分子数目;
V表示该物质的体积。
②摩尔浓度
摩尔浓度是指单位容积内某物质的摩尔数,单位是mol/m3,表示为:
Ci=Mi/V
其中:
Mi=Ni/N0
式中:
Ci表示某物质的摩尔浓度;
Mi表示某物质的摩尔数;
Ni表示某物质的分子数;
N0表示阿弗加德罗(Avogadro)常数。
摩尔浓度Ci与分子浓度ni的关系是:
Ci=ni/N0
③质量浓度
质量浓度是指单位容积内某物质的质量,单位是kg/m3,表示为:
ρi=Mmi/V
ρi表示某物质的质量浓度;
Mmi表示某物质的质量;
质量浓度ρi与摩尔浓度Ci的关系为:
ρi=miCi
ρ=mC
C、Ci分别为单位体积中总摩尔数(摩尔浓度)和i组分摩尔数(摩尔浓度);
m、mi分别为混合气体的平均分子量和i组分的分子量。
此外,在混合气中,总摩尔数等于各组分摩尔数之和。
④摩尔相对浓度
摩尔相对浓度是指某物质的摩尔数(或分子数)与同一容积内总摩尔数(或分了数)的比值。
xi=Ni/N总=ni/n总=Ci/C
公式:
xi表示某物质的摩尔相对浓度;
N总、n总分别为容积中的总分子数和总分子浓度。
⑤质量相对浓度
质量相对浓度是指第i组分的质量Mmi与同一容积内总质量Mm总之比:
yi=Mmi/Mm总=ρi/ρ
yi表示某物质的质量相对浓度;
ρ是混合物质量浓度;
ρi为某一物质的质量浓度。
可以导出yi与xi的关系为:
Yi=ximi/m
一般可以认为多组分气体服从理想气体定律,由状态方程可以得到:
xi=Ci/C=ρi/ρ
由道尔顿气体分压定律可知,气体的总压ρ等于各组分气体分压ρi之和。
(2)化学反应速率
单位时间内反应的最初物质或最终物质浓度的变化叫做化学反应速率。
化学反应速率可以用单位时间内各种浓度(分子、摩尔、质量或相对浓度)的变化来表示。
不同浓度表示法其数值是不同的,但它们之间有一定的关系,这一关系取决于各种浓度的因次。
①反应速率表示法
在化学反应过程中,反应物浓度不断降低,生成物浓度不断提高。
因而,化学反应速率可由单位时问内反应物浓度的减少(或生成物浓度的增加)来表示。
对简单反应来说,化学反应式为:
aA+bBcC+dD
A、B和C、D分别表示反应物和生成物;
a、b和c、d表示对应于上述物质的摩尔数。
某物质的反应速率可以表示成:
WA=-dCA/dt
WB=-dCB/dt
WC=-dCC/dt
WD=-dCD/dt
反应速率WA、WB、WC、WD的单位是mol/(m3.s)或kg/(m3.s),下标表示所对应的物质。
对于同一个化学反应,由于反应过程中各种物质的浓度变化不一样,因此各物质的反应速率值是不同的,即:
WA≠WB≠W
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原理
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)