可燃预混气体的爆轰课件.pptx

1、燃烧学可燃预混气体的爆轰 按燃料与氧化剂混合模式分按燃料与氧化剂混合模式分 按火焰传播的形式分按火焰传播的形式分缓燃火缓燃火焰焰爆轰火焰（爆震）爆轰火焰（爆震）预混火焰预混火焰 扩散火扩散火焰焰燃烧学可燃气体燃烧分类可燃气体燃烧分类燃烧学爆轰的发生及形成条件1激波的理论爆轰波的破坏特点云雾爆轰现象正激波理论的形成过程正激波理论的形成过程假设在无限长绝热等截面管道中的假设在无限长绝热等截面管道中的静止气体，通过活塞的作用向右运动，静止气体，通过活塞的作用向右运动，随着活塞的加速过程，活塞前端气体的随着活塞的加速过程，活塞前端气体的速度将逐渐增大。速度将逐渐增大。当活当活塞加速度较小时，其表面处的

2、塞加速度较小时，其表面处的气体将受到不断的微弱扰动，并朝着活气体将受到不断的微弱扰动，并朝着活塞运动的方向传播。塞运动的方向传播。燃烧学初始扰动将形成的第一个波以声速初始扰动将形成的第一个波以声速a0向右传播，并使波后的向右传播，并使波后的气体产生与活塞相等的微小速度气体产生与活塞相等的微小速度u1。同时，受到压缩作用的气体同时，受到压缩作用的气体的温度、压强和密度也会增大，将导致被压缩后的气体传播速度的温度、压强和密度也会增大，将导致被压缩后的气体传播速度增大到增大到a1。燃烧学活塞继续加速运动，又会使其邻近的气体再次受到压缩，形活塞继续加速运动，又会使其邻近的气体再次受到压缩，形成绝对传播

3、速度为成绝对传播速度为a1+u1的第二道波。同时由于被压缩，受到压缩的第二道波。同时由于被压缩，受到压缩的压缩气体的温度、压强再次升高，的压缩气体的温度、压强再次升高，导致被压缩后的气体传播速导致被压缩后的气体传播速度增大到度增大到a2，形成绝，形成绝对传播速度为对传播速度为a2+u2的的第二道波第二道波。燃烧学当活塞不断向右加速，将产生一系列向右传播的压缩波，而当活塞不断向右加速，将产生一系列向右传播的压缩波，而且且a2+u2 a2+u2 a1+u1 a0,经过一段时间，这些微小扰动将会经过一段时间，这些微小扰动将会叠加到一起，便形成一个很强的波阵面，即激波，激波前后的气叠加到一起，便形成一

4、个很强的波阵面，即激波，激波前后的气体温度、压强等参数发生突变，并以超音速传播。体温度、压强等参数发生突变，并以超音速传播。燃烧学燃烧学燃烧学爆轰的发生及形成条件1激波的理论爆轰波的破坏特点2云雾爆轰现象爆轰的发爆轰的发生生可以分成三个阶段：激波形成、爆轰发生和爆轰稳定可以分成三个阶段：激波形成、爆轰发生和爆轰稳定。燃烧学激波形成激波形成在一端封在一端封闭长管中装有可燃预混气体，并在封闭的一闭长管中装有可燃预混气体，并在封闭的一端点燃混合气，点然后的混合气由于化学反应放热膨胀，端点燃混合气，点然后的混合气由于化学反应放热膨胀，将产生一道燃烧波。刚开始的火焰是以导热传播为主的缓将产生一道燃烧波。

5、刚开始的火焰是以导热传播为主的缓燃，而后由于温度升高，体积膨胀。燃，而后由于温度升高，体积膨胀。燃烧学体积膨胀的燃烧产物类似于一个活塞，对其后的未燃气体体积膨胀的燃烧产物类似于一个活塞，对其后的未燃气体具有一个压缩作用，这样就产生了一系列的压缩波，这些压缩具有一个压缩作用，这样就产生了一系列的压缩波，这些压缩波在未燃混合气中传播，各自使波前未燃混合气的压力波在未燃混合气中传播，各自使波前未燃混合气的压力p和温度和温度T发生一个微小的增量，并使其前端的未燃混合气体获得向前发生一个微小的增量，并使其前端的未燃混合气体获得向前运动的速度，由于后面的压缩波的波速比前面的大，当管道足运动的速度，由于后面

6、的压缩波的波速比前面的大，当管道足够长时，后面的压缩波就可能追上前面的压缩波，最终所有的够长时，后面的压缩波就可能追上前面的压缩波，最终所有的压缩波重叠在一起，就会形成激波。压缩波重叠在一起，就会形成激波。燃烧学爆轰发爆轰发生生当开始形成的火焰前面产生激波后，由于激波所产生的压力当开始形成的火焰前面产生激波后，由于激波所产生的压力非常高，它对未燃混合气体的产生剧烈压缩将使混合气体的温度非常高，它对未燃混合气体的产生剧烈压缩将使混合气体的温度急剧增加而着火。经过一段时间以后，正常火焰传播与激波所点急剧增加而着火。经过一段时间以后，正常火焰传播与激波所点燃的火焰将合二为一，于是燃烧在管子开口至激波

7、面的整个前段燃的火焰将合二为一，于是燃烧在管子开口至激波面的整个前段进行，同时又将对其后段未点燃的气体形成更大的压缩作用，燃进行，同时又将对其后段未点燃的气体形成更大的压缩作用，燃烧以超音速传播。烧以超音速传播。燃烧学爆爆轰稳定轰稳定激波经过的地方未燃气体都将被点燃，火焰传播速度也激波经过的地方未燃气体都将被点燃，火焰传播速度也就等于激波的波动速度。激波后的已燃气体又连续产生了一就等于激波的波动速度。激波后的已燃气体又连续产生了一系列的压缩波，继续向前传播，并不断提供能量维持这种激系列的压缩波，继续向前传播，并不断提供能量维持这种激波的传播。波的传播。爆轰爆轰的形成条件的形成条件燃烧学初始正常

8、火焰传播能量形成压缩扰动初始正常火焰传播能量形成压缩扰动从本质上讲，激波形成的直接原因是燃烧所产生的压缩扰从本质上讲，激波形成的直接原因是燃烧所产生的压缩扰动。初始正常火焰传播能否产生压缩扰动，是能否形成爆轰的动。初始正常火焰传播能否产生压缩扰动，是能否形成爆轰的关键。要形成激波，必须要使产生的一系列波在某个时刻能够关键。要形成激波，必须要使产生的一系列波在某个时刻能够叠加到一起，而只有压缩扰动具有这样的特点。叠加到一起，而只有压缩扰动具有这样的特点。燃烧学预混气体容器或管子的尺寸必须足够大预混气体容器或管子的尺寸必须足够大从从压缩压缩波的形成到最后的叠加，需要一定的过程，必波的形成到最后的叠

9、加，需要一定的过程，必须保证预混气体容器或管子的尺寸足够大，才能保证产须保证预混气体容器或管子的尺寸足够大，才能保证产生的一系列波能够在碰到容器壁或管的端部前叠加在一生的一系列波能够在碰到容器壁或管的端部前叠加在一起，形成重叠波。起，形成重叠波。燃烧学正常火焰封面与爆轰形成位置之间的距离成为爆轰前正常火焰封面与爆轰形成位置之间的距离成为爆轰前期间距，与管道的内径和粗糙度有关，对于粗糙管道，其期间距，与管道的内径和粗糙度有关，对于粗糙管道，其爆轰前期间距为管径的爆轰前期间距为管径的24倍，管壁光滑的管道爆轰前期倍，管壁光滑的管道爆轰前期间距可达到管径的几十倍。间距可达到管径的几十倍。燃烧学管道直

10、径大于爆轰临界直径管道直径大于爆轰临界直径如果管道直径太小，火焰的热损失就会很大，同时，火焰中如果管道直径太小，火焰的热损失就会很大，同时，火焰中自由基也越容易碰撞管壁而失去活性。所以要形成爆轰，管径必自由基也越容易碰撞管壁而失去活性。所以要形成爆轰，管径必须大于某一临界值，称之为爆轰临界直径。一般可燃气体的爆轰须大于某一临界值，称之为爆轰临界直径。一般可燃气体的爆轰临界直径为临界直径为1215mm。燃烧学可燃气含量要在爆轰极限范围内可燃气含量要在爆轰极限范围内只有可燃混合气的含量达到一定条件时，爆轰才能形成，只有可燃混合气的含量达到一定条件时，爆轰才能形成，如果含量太高或太低，都不利于爆轰的

11、发生。如果含量太高或太低，都不利于爆轰的发生。燃烧学【思考思考】爆轰极爆轰极限与爆炸极限对限与爆炸极限对比，区别在哪？比，区别在哪？为什么？为什么？气体气体爆轰波的传播速度与盛气体管子的放置方法（垂直爆轰波的传播速度与盛气体管子的放置方法（垂直或水平、或倾斜）、起爆源的种类、引爆端是闭口还是开口或水平、或倾斜）、起爆源的种类、引爆端是闭口还是开口等无关。等无关。与管子的形状有关。与管子的形状有关。燃烧学气体爆轰传播的气体爆轰传播的影响因素影响因素混合气体混合气体的的初始温度初始温度对爆轰波速度影响很小，随温度升高，对爆轰波速度影响很小，随温度升高，爆速稍微下降，这是因为温度高使气体密度减小所造

12、成的。如爆爆速稍微下降，这是因为温度高使气体密度减小所造成的。如爆鸣气（鸣气（2H2O2）初始温度为）初始温度为100C时，测出的爆速值为时，测出的爆速值为2821m/s，而而1000C时为时为2790m/s。混合气体混合气体的爆速随的爆速随初始压力初始压力的提高而提高。的提高而提高。燃烧学燃烧学爆轰的发生及形成条件激波的理论爆轰波的破坏特点23云雾爆轰现象爆爆轰波的破坏特点轰波的破坏特点燃烧学爆轰波相对于波前气体是超音速的，造成了巨大的破坏，爆轰波相对于波前气体是超音速的，造成了巨大的破坏，主要有以下破坏特点：主要有以下破坏特点：爆轰波波速快，会导致设备中的泄压装置失效。爆轰波波速快，会导致

13、设备中的泄压装置失效。爆爆轰波压力大，尤其在碰到器壁反射时，会产生更大的压轰波压力大，尤其在碰到器壁反射时，会产生更大的压力，其对建筑物具有很强的破坏性。力，其对建筑物具有很强的破坏性。燃烧学燃烧学爆轰波是一种激波，对人体具有杀伤作用。爆轰波是一种激波，对人体具有杀伤作用。防止爆轰形成的措施防止爆轰形成的措施燃烧学 在管径中安装阻火器，降低管径。在管径中安装阻火器，降低管径。在爆轰波刚生成时，急剧增大管径，减少压缩作在爆轰波刚生成时，急剧增大管径，减少压缩作用，阻断爆轰。用，阻断爆轰。燃烧学爆轰的发生及形成条件激波的理论爆轰波的破坏特点3云雾爆轰现象4云云雾爆雾爆轰是指轰是指液体燃料雾滴散布于

14、气体氧化剂或空气液体燃料雾滴散布于气体氧化剂或空气当中形成的液一气两相混合物的爆轰当中形成的液一气两相混合物的爆轰。云雾爆轰是云雾爆轰是一种不均匀爆轰一种不均匀爆轰。不。不均匀相爆轰均匀相爆轰的分的分为四为四种：种：不不挥发油滴悬浮于氧气或空气中所发生的不均匀爆挥发油滴悬浮于氧气或空气中所发生的不均匀爆轰轰；燃烧学 充有氧气的管子内壁上涂以液态油膜所发生的不均充有氧气的管子内壁上涂以液态油膜所发生的不均匀爆轰；匀爆轰；充有氧气的管子内壁上涂以固态碳氢化合物或固态充有氧气的管子内壁上涂以固态碳氢化合物或固态碳粉末所发生的不均匀爆轰；碳粉末所发生的不均匀爆轰；金属粉末或其他固体可燃物粉尘悬浮于氧气

15、中所产金属粉末或其他固体可燃物粉尘悬浮于氧气中所产生的不均匀爆轰。生的不均匀爆轰。燃烧学云雾爆轰云雾爆轰课课题的研题的研究受究受到重到重视视的原因有两个方面：一与采的原因有两个方面：一与采煤、采煤、采油等矿业生产，以及石油、化工、油等矿业生产，以及石油、化工、粮食、纺织等工业生产的安全性紧粮食、纺织等工业生产的安全性紧密相关密相关，二是，二是与近与近3030年来发展起来年来发展起来的的燃燃料空气炸料空气炸弹弹这这一武器技术的研一武器技术的研究相关。究相关。燃烧学燃烧学2007年年11月月24日，上海浦东一个加油站发生爆炸，日，上海浦东一个加油站发生爆炸，4人死亡。人死亡。燃烧学经经过调查研究发

16、现，此次爆过调查研究发现，此次爆炸事故是在停业检修过程炸事故是在停业检修过程中，现场施工人员违章作业，在未对与管道相通的中，现场施工人员违章作业，在未对与管道相通的2号储号储气罐进行有效安全隔离情况下，用压缩空气对管道实施气气罐进行有效安全隔离情况下，用压缩空气对管道实施气密性试验，导致该储气罐内未经清洗置换的液化石油气与密性试验，导致该储气罐内未经清洗置换的液化石油气与压缩空气混合，引起化学性爆炸。压缩空气混合，引起化学性爆炸。燃烧学云雾爆轰波的传播速度约为云雾爆轰波的传播速度约为1.53km/s，所形成的爆轰压力可，所形成的爆轰压力可达达1.03.0MPa。云雾爆轰所形成的气体产物向周围的膨胀流动以及所形成的云雾爆轰所形成的气体产物向周围的膨胀流动以及所形成的爆炸冲击波超压爆炸冲击波超压是导致是导致人畜死伤人畜死伤和和各种设施破坏各种设施破坏的主要原因。的主要原因。此外，云雾爆轰过程中大量消耗空气中的氧而引起此外，云雾爆轰过程中大量消耗空气中的氧而引起窒息效应窒息效应也是造成有生力量死伤的重要原因。也是造成有生力量死伤的重要原因。燃烧学