一、點(diǎn)燃理論
為使可燃混合物著火燃燒，除前述的自燃著火外，工程上在燃?xì)馊紵鞯娜紵^程中，更廣泛采用的是強(qiáng)制點(diǎn)火。
強(qiáng)制點(diǎn)火，一般指將一微小熱源放放可燃混合物系統(tǒng)中，使貼近熱源周圍的一層可燃混合物首先被迅速加熱，而開始燃燒，然后逐層依次地點(diǎn)燃，而使整個系統(tǒng)著火的現(xiàn)象。
強(qiáng)制點(diǎn)火和自燃著火的實質(zhì)是一致的，都是燃燒化學(xué)反應(yīng)由低速穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俨环€(wěn)定的氧化反應(yīng)，是燃燒化學(xué)反應(yīng)急劇加速的結(jié)果。但在具體過程中，它們又有若干區(qū)別，諸如：
用點(diǎn)燃促使燃燒化學(xué)反應(yīng)加速只在可燃混合物的局部范圍內(nèi)進(jìn)行；而自燃則在整個容器內(nèi)的可燃混合氣中進(jìn)行。
自燃需要一定的相對較高的外界溫度或器壁溫度T0；而點(diǎn)燃是可發(fā)生在外界溫度或器壁溫度遠(yuǎn)低于能夠自燃的溫度下。為了保證能在較冷的混合氣中點(diǎn)燃，點(diǎn)燃溫度一般比自燃溫度要高。
可燃混合物能否被點(diǎn)燃，不僅取決于點(diǎn)燃體附面層內(nèi)局部混合氣能否著火，而且還取決于點(diǎn)燃體周圍形成的燃燒火焰能否在混合氣中傳插，故點(diǎn)燃過程包括局部區(qū)域的著火和火焰的傳播，它要比自燃過程復(fù)雜得多。
工程上常用的點(diǎn)燃方法有，熾熱體點(diǎn)燃、小火焰點(diǎn)燃、電火花點(diǎn)燃、自燃點(diǎn)燃等。關(guān)于點(diǎn)燃理論，以熾熱體點(diǎn)燃研究較多，并偏重于在低速氣流中的點(diǎn)燃過程。對低速氣流而言，著火首先發(fā)生在熾熱物體表面的附面層內(nèi)，形成火焰后向四周傳播。如圖3—2—3，一熾熱顆粒，進(jìn)入低速(或靜止)可燃混合氣中，其表面溫度為TW，可燃混合氣溫度為T0，如果TW適當(dāng)，則形成一穩(wěn)定溫度場，溫度分布以b線表示。為了說明問題，假設(shè)灼熱體進(jìn)入的介質(zhì)為不可燃?xì)怏w，附面層內(nèi)溫度分布如線a所示。a線在b線之下，界面處的溫度梯度a線比b線為大。
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如果顆粒溫度升高，TW1>TW則溫度分布線b、a的差異更加顯著，a線更陡峭，b線更平坦，也就是對可燃混合氣而言，隨灼熱體溫度升高，附面層燃燒反應(yīng)加劇，界面上的溫度梯度(dt／dx)x=0=0愈來愈小，灼熱體向附面層傳熱愈少。
當(dāng)灼熱體表面溫度上升到一個臨界溫度Ti時，它使得(dJ／dx)x=0，灼熱體傳向可燃混合氣附面層的熱流為零，表明灼熱體己不再向可燃混合氣傳熱，在附面層中，可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的熱量全部傳給未燃的可燃混合氣。
如果灼熱體溫度再升高，TW2>Ti，灼熱體附面層內(nèi)的可燃?xì)獾娜紵磻?yīng)加快，在距灼熱體表面不遠(yuǎn)處示出溫度極大值，一部分熱量傳向灼熱體，而大部分熱量流向周圍的可燃混合氣，使整個可燃混合氣被點(diǎn)燃。
這就是所謂的“零值邊界梯度”物理模型。臨界溫度Ti是實現(xiàn)點(diǎn)火時灼熱體應(yīng)具有的最低溫度，稱之為強(qiáng)制點(diǎn)火的點(diǎn)火溫度。
二、熱球或熱棒點(diǎn)火
將灼熱石英球或鉑球投射入可燃混合氣中，當(dāng)球體的溫度TW高于臨界點(diǎn)火溫度Ti時，即可點(diǎn)燃。實驗證明，熱球臨界點(diǎn)火溫度與下列變量有關(guān)：球體尺寸、表面催化特性、射入速度及可燃混合氣的化學(xué)動力特征等。
如圖3—1—4，熱球半徑r、溫度TW、以ω速度射入可燃混合氣，在熱球周圍形成厚度為δf的附面層，可燃混合氣熱值H、溫度T0、粘度μ、熱導(dǎo)率λ等。
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點(diǎn)燃臨界條件必須是附面層中化學(xué)反應(yīng)(反應(yīng)速度為W)產(chǎn)生的熱量等于該層的熱散失量，即：
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臨界條件時，熱球溫度為TW=Ti，則(Ti-T0)／δf=δfHW/λ表明附面層中的溫度梯度是判斷點(diǎn)火的重要因素。
上式又可寫成
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這里，δf為點(diǎn)火成功時，火焰層臨界厚度。
由傳熱學(xué)已知，當(dāng)球體繞流的雷諾數(shù)Re和普朗特數(shù)Pr較高時，附面層厚度變小因而熱球壁面附近的溫度梯度就大。由于熱損失加大，而難于點(diǎn)火。
三、小火焰點(diǎn)火
所謂小火焰點(diǎn)火，是指點(diǎn)燃可燃混合氣所需的熱量，由點(diǎn)火小火焰供給。這時，引發(fā)點(diǎn)火的可能性取決于以下特性參數(shù)：可燃混合氣組成及性質(zhì)；小火焰的特性尺寸、溫度；點(diǎn)火火焰與可燃混合物之間的接觸時間等。具體參數(shù)由實驗確定。
客服1