8.4.2 可燃极限和点火在线视频

同学们下面我再讲一下点火

关于点火呢 我们前面讲了

一个球形区域的

熄火是什么样的

其实它的熄火和点火是一致的

就是加入能量就是点火

然后能量维持不住

散热多

就是熄火

所以同样对这个球形区域

就是

它的最小的熄火的直径

也是它最小的点火直径

这是为什么呢

让我们再回顾一下

点火和熄火的准则

威廉姆斯准则的第一条

就是将足够的能量

加入到一个

稳态传播的

层流火焰中

他当时用的是板形区域

但不管是板形区域

还是球形区域

加入到这个区域内

如果使它的温度

能升高到

绝热燃烧温度时

它就能够点燃这个物体

这是点火准则

而同样的准则二就是

在这个区域内

也不管板形还是球形

它的化学反应放热

如果能近似的平衡于热传导

往区域外散热的速率

那它就可以维持

如果平衡不了了

散热快了就会熄火

其实我刚才

故意把球形最小点火直径

放在熄火那一节里讲

然后把它和板形的相比较

就是这个目的

也就是威廉姆斯

当年把准则一和准则二

坚定的放在一起的原因

大家一定要从这点上去想

就是点火和熄火

二者是相似的

一个是加入能量

一个是往外散热

当然了我们在实际中

也可以做到

比如这个火焰好好的

我们怎么让它加快散热呢

我们可以降低壁面温度

加冰块

那火就可以被熄灭了

这不是笑话

现实中就可以做到

一个火焰给它周围放点冰块

它就可以熄灭了

然后如果某个地方没有点燃

我里面用电火花一点

局部能量足够

它就可以点燃了

所以这一点很重要

包括现在很多技术研究

还在用这些概念

包括现在汽车的很多点燃

怎么让那个区域能量足够

像用等离子点燃的区域

能跟最小点火直径结合的很好

所以这些东西到目前都很有用

那最小点火能是怎么确定呢

前面我们知道了

最小临界直径

当然了

它是点火熄火共同的直径

等于什么呢

二分之根号6δ 不是b

b是板形区域的参数

板形区域b如果等于1

梯度等于1的话

那系数就是1

这里是二分之根号6

这个差别是这样的

这就是为什么

三维区间的散热

就是板形的散热最大的原因

我前面强调过了

通过临界点火的半径

就是Rcritic

然后4/3πR立方

然后就知道了它的质量

乘以ρ 乘以密度

就是mcritic

它乘以cp

温度Tb-Tunburned

这个温度

然后这就是

我们真正需要的能量

就是把这些物质

从未燃温度

到绝热着火温度之间的

显焓变化

加入到这个地方需要的能量

就是我们的最小点火能

同样我们把Rcritic

给代进去

就是用α除以火焰速度的

形式代进去

得到了第二个表达式

紧接着对这个表达式

进一步细化

得到了底下的表达式

最小点火能等于

61.6压力一次方

cp除以

Rb

然后除以Tb-Tu/Tb

然后α除以SL的三次方

就得到了这么一个关联式

最小点火能

确定了之后

我们都知道SL是

这里是0.125

和unburned

和阿雷尼乌斯的温度

还有压力的关系

还有最小点火能

我们也都知道了

它和这些参数

就是这样进一步的关系

把这些代进来

当然α还有关系都代进来

最后最小点火能

它是跟压力的负2次方

有关系的

这点很重要

就是高压下需要的最小点火能

是大了还是小了

根据这个可以确定

为什么需要这个

因为内燃机 发动机

它都需要点火

在高压下点火能

和在低压下

是不一样的

对于各种不同的发动机来讲不一样

就是设计的原理

点火

到了高压的时候

可能对点火

就不需要太好的等离子体

就可以点着

这是跟压力有关的

因为它需要的能量小 对吧

而如果是

低压的

一个推进装置

或者燃烧装置

那这个地方

就需要很好的点火设备

因为要提供能量大

点火的能量大

所以这是不一样的

这本书里面

我们给了很多这种的

类似的细节

就包括温度

初始的温度

对最小点火能的影响

我们以

燃料丙烷propane

来举例子

233k到477k的时候

它的点火能就减少了很多

这就是刚才

Tb-Tunburned

那个温度的差值减小导致的

然后还有正庚烷

初始温度的提高

最小点火能减少

这是这张图

然后右边这张图比较有意思

这张图讲的是什么呢

熄火距离和最小点火能的关系

我们可以看

乙炔和氢气的点火能小

它们熄火距离也很小

而到了点火能高一点的

是乙烷 丙烷

再往上

就是更高碳的一些烷烃

包括癸烷

它们需要的熄火距离大

点火能也大

这张图表明了什么呢

表明了熄火距离

和最小点火能

是比例增加的

还有一点

就是我们还要讲一个

火焰可燃极限的概念

我们举一个例子

在一个油库里

在一个油库里面

怎么摩擦点火都不会引燃

为什么呢

因为燃料过浓了 没有空气

那一点空气不够燃烧

而在一个

燃料过稀了环境

比如空气里面

汽油漏了那么一点

它也点不着 为什么呢

火焰可燃极限

它分上限和下限

下限是

当量比小于1的时候

就是空气过量

的时候

燃料含量的最低值

上限就是燃料过量

空气不过量的时候

这个时候燃料含量的最高值

这是一个表

表里面的数值

括号内的是当量比

括号外的是

燃料的摩尔分数

我们举个最简单的例子

我们常见的甲烷methane

它的下限0.50是什么意思

就是当量比

1是正好反应

低于0.5之后

这个甲烷本生灯就不能燃烧起来

大家认为对不对

我可以给这么一个概念

如果你去燃烧一个本生灯

当量比如果是在0.50

像本生灯这种装置

因为它不是极限的测量装置

它是一个通常的装置

它不是极限的测量装置

它当量比比0.7

再低就很难

基本上就是这样

你不信你可以在实验里面做

就是按当量比

甲烷配到0.7的时候

就基本上达到极限

如果空气再多

就烧不起来了

这是很有意思的

而我们加了很多比如湍流

各种强化传质的

强化混合的设施之后

当量比也就在0.50上下

这就是可燃极限

当然了甲烷

上限是1.67

这也是一点

也不是说

燃料足够多就能点燃

如果燃料再多

空气又不够了

又燃烧不起来了

这是可燃极限的概念

氢气比较好

下限能够到0.1

这给我们什么启示

对氢气这种燃料

它的泄漏 它可能产生火灾

我们一定要重视

只要是里面有摩尔比例10%

就能够着火

甲烷按照当量比的话

按照当量比有0.5

需要这么多 就没关系

氢气是按照

当量比在10%

就一定会烧起来

所以可燃极限

也可以用来

防止一些火灾发生

除了燃烧设计

还可以用来火灾的防止

也很重要

这是火焰可燃极限的讲解 这节课就到这