当前课程知识点:燃烧理论 > 第五章 一些重要的化学机理 > 5.2 H2-O2系统 > H2-O2系统爆炸特性
好 那么同学们
我们现在就可以开始
利用刚才学的氢和氧的
四十步的这么一个反应的机理
来分析一下我们真正的爆炸
氢为什么会出现爆炸的特性
那么这一张图的话
是非常非常经典
大家有兴趣可以来仔细
研究一下这张图
那么它非常有趣
大家可以看一看
首先就是纵坐标它是压力
横坐标是温度
那你可以看出来
一般我们的理解是
燃烧的话
总是温度越高压力越高
它怎么样
肯定是越容易爆炸 对吧
如果你来看是一个
等压的过程的话
那基本上逻辑什么
基本上是对的
那么你在任何一个等压线上
你可以看出来
左边怎么样
总是不爆炸的
右边是属于容易爆炸的
所以跟我们观念是一样的
当然我们来看看
看一个等温线
那等温线什么意思
你任何一个等温线
你会发现怎么样
比如它从不爆炸
再压力升高怎么样
会爆炸
再压力升高怎么样
又不爆炸了
再压力升高才会又爆炸
这种现象到底怎么产生的
那么我们随便就取一个温度
你比如500度
600度当然太高了
可能全部爆炸了
好 我们就看500度这一条线
那么这条线的话
大概在一到两个毫米汞柱以下
也就是一百多个
就是二百个大概的
一个毫米汞柱
是133个帕斯卡
大概200个帕斯卡以下
它是不爆炸的
超过这个就爆炸了
达到50个毫米汞柱的时候
又跨过一直线
在50以上
达到甚至上千好几百
好几千
范围之内怎么样
它没有发生爆炸
也就是你想一下
我们正常的是什么
大概是700多个毫米汞柱
在大概常压底下
那么从这张图来看
根本不会炸
你看炸的话
氢的话
你看400度以下也不会炸 是吧
这跟我们的对氢的
这种爆炸性的根本没有概念
是完全不同
当然这是一个非常特殊的
指的是一个特定的容器
那容器加大
可能整个线就是会往左移
那么我们怎么来解释现象
好 我们来看一看
为什么在一两个毫米汞柱以下
没有爆炸
那么没有爆炸的
什么原因
当然首先是它低温的时候
肯定会出现激发反应
对不对
激发反应
那么激发反应的话
第一主要是这个反应
在这个温度下怎么样
是第二个反应
第二个反应出现的是什么
是过氧羟基
再加上一个氢对不对
那么这些反应
跟后续的反应
就是三四五六
这是什么
后续的这种
这种按照道理
会有氢产生的
会出现这种叫什么
这种链式的分支反应
按照道理就会爆炸 对吧
但实际上
由于它的压力特别低
那么容器的壁面
就会特别影响
那么上堂课我们已经讲了
自由基如果跟壁面的
碰撞的频率
那么跟我气体里边的互相的
这种碰撞频率
这壁面的碰撞频率很高了
因为在低压底下
分子自由程我们知道很大
对不对
这样的话
也就是说产生的自由基
被壁面所消耗了
那么这严格来讲
不是一个气相反应
不是气相反应
它是什么
是气固反应
这就是上堂课
我们已经讲到的
是一种非均相反应
那么非均相反应的话
我们可以拿一个新的
这么一个反应来代替
就是我这种自由基
在壁面碰撞以后
变成吸收的产物了
这样的话
由于扩散等等这种作用
使得它就完全
反应(无法)进行下去
自由基没有办法很快增长
那么超过大概1.5毫米汞柱以上
就会出现爆炸
也就是大概200个帕斯卡以上
就会出现爆炸
那么这是什么
就是H3到H6的自由基的
反应速度怎么样
非常非常和我刚才说的
刚才第21个反应
跟壁面的消耗速度
怎么样
来比的话
那么就会快起来
快起来了以后怎么样
那就是非常快速
就出现爆炸
因为它是一个
链式分支反应
所以就可以解释了
刚才说的第一条线的
上下的这种变化
那主要是什么
主要是一个壁面的反应
和自由基的或者链式的
传递反应的话
起关键作用
那我们再往上走
就是跑到
再往上走的时候
在某一个点的时候
一直到几十个
大概50个毫米汞柱前后吧
以后的话
又停止爆炸了
那么停止爆炸是怎么回事
实际上的话
主要是链式中断反应的话
是产生了
而中断反应的话
主要是产生了什么
产生了所谓的HO2
就是过氧羟基
那么在这样的条件底下
过氧羟基还怎么样
还不是很活跃
时候过氧羟基就被消耗掉了
这样的话
怎么样
整个的反应就进行不下去了
所以这又停止爆炸了
而这个时候
第11个反应
原来我们把它链式传递反应
变成了一个什么
变成了一个中断反应
因为它相对来说是形成了
HO2这种什么
过氧羟基的话
不够活跃
在这种条件底下
好 我们再往上走
再往上走的话
达到我刚才说了
上千个毫米汞柱
也就是这次划到3000
这个时候怎么样
这个时候情况又发生变化了
也就是说过氧羟基
所带来的这种反应的话
就加入到整个反应的系列
这个时候的话
整个就又出现了爆炸的现象
所以你可以想
通过这三个极限怎么样
通过我们对机理的理解
那么我们怎么样通过一个机理
它不同的状态底下
哪些反应起重要作用
你可以来解释实验现象
是非常非常有用的
所以我们觉得就是
化学反应对于燃烧的
这种现象的解释和预测
都是非常基本的
那么现在随着我们对
特别是像对着火
对熄火或者对这种爆炸特性
这种动态的
这种过度过程的研究的时候
越来越需要化学动力学
这种工具
我想这个例子的话
是给大家非常好的一个概念
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结