众所周知,任何可燃混合气(燃气与空气或其它氧化剂的混合物)的燃烧,必须先着火,而后燃烧。燃气分子与氧化剂分子均匀混合,从开始缓慢氧化反应,温度升高,到发生不稳定的、激烈的氧化反应而引起燃烧的现象,称为燃气的着火。
为使可燃混合气着火,实际中有两种方式:着火或点火。
着火,或称为自然着火,是指由于系统中热量的积聚,使可燃混合物整个容积同时达到并超过某一温度,混合气便自动地,不再需要外界作用地着火,达到燃烧状态。
点火,也称为强制点火,指在较冷的可燃混合气中,用一个不大的点火热源,在某一区域点火,先引起局部着火燃烧,然后燃烧向其它区域传播,最终整个可燃混合气系统都达到着火燃烧。
不论“着火”或“点火”,都是燃烧反应自动加速,由低速的稳定的氧化反应,突然辖变为高速的不稳定的氧化反应的过程。
而燃烧反应自动加速的原因又各不相同。所以,自燃着火过程又有两种类型:支链着火和热力着火。
所谓支链着火,是由于燃烧链锁反应的分支,使活化中心浓度迅速增加,导致反应速度急剧加速;而热力着火,就是指由于系统内热量积聚,引起化学反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系迅速猛增。
在实际燃烧过程中,不可能有单纯的支链着火或热力着火,往往是两种同时存在,并相互促进。一般说来,在高温下,热力着火是引起着火的主要因素;而在低温时,支链着火则起主导作用。
自燃着火,不论热自燃或链锁自燃,在工业生产或日常生活中都经常会遇到,它们所起的作用有时是积极的,有时是消极的,如何充分利用或有效制止它们,唯有清楚地理解和掌握着火发生的条件及其影响的因素后,才能办到。所以,研究与分析引起着火的理论与实践的着火理论,是近代燃烧理论与燃烧技术的重要内容。
一、支链着火
链锁自燃理论认为,使燃烧反应自行加速度不一定要依靠热量积累,可以通过链锁的分支,迅速增殂活化中心来达到。
由上节链锁反应的讨论可知,链锁反应的速度受到活化中心浓度的影响。在链锁反应过程中,不但有导致活化中心形成并分支的反应,也有使活性中心销毁.链锁中断的反应。所以,链反应速度是否能得到增长,以致自燃着火,还得取决于两者之间的关系,
在等温条件下,链反应的速度完全由活化中心的浓度变化来确定。
若Wo为外界能量作用而形成原始活化中心的速度,即链形成的速度;
Wl为链锁分枝活化中心增加的速度,它由链增长中最慢的中间基元反应来决定:
W2为链锁中断,活化中心销毁的速度。
而Wl、W2都与活化中心本身浓度成正比。则,等温条件下活化中心的瞬时浓度变化为:
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