影响气体燃烧速度的主要因素

二、影响气体燃烧速度的主要因素

气体的扩散燃烧速度由气体的流速决定，而预混燃烧速度则受混气的性质、组成、初始温度及燃烧体系与环境的热交换等因素的影响。

（一）气体的性质和浓度

1）可燃气体的还原性越强，氧化剂的氧化性越强，则燃烧反应的活化能越小，燃烧速度就越快。如H₂+F₂=2HF的反应，即使在冷暗处也可瞬间完成，而且反应剧烈；而H₂与O₂的混合气体，在一定高温下才会发生爆炸性，速度低于H₂和F₂的混合气反应速度。

2）可燃气体和氧化剂浓度越大，分子碰撞机会越多，反应速度越快。当可燃气体在空气中稍微高于化学计量浓度时燃烧速度最快，爆炸最剧烈，产生的压强和温度均最高。若可燃气体浓度过大，往往发生快速燃烧（爆燃），而不是爆炸，并伴随出现向前翻卷的火焰，未燃尽的可燃气体和不完全燃烧产物与周围空气混合，再次形成扩散火焰继续燃烧。

3）惰性气体的影响。惰性气体加入到混气中必然消耗热能，并使气体燃烧反应中的自由基与惰性气体分子碰撞销毁的机会增多。因此，混气中惰性气体浓度增大，火焰传播速度减小，燃烧速度会降低。惰性气体对火焰传播速度的影响如图6-1所示。

图6-1 一氧化碳与氮气和氧气的混合体系的火焰传播速度

1—87%N₂+13%O₂ 2—79%N₂+21%O₂ 3—70%N₂+30%O₂ 4—60%N₂+40%O₂ 5—11.5%N₂+88.5%O2

（二）气体的初始温度

化学反应温度对反应速度的影响，表现在反应速度常数k与温度T的关系上。根据式（2-2）可知，k与T呈指数关系，T的一个较小变化，将会使k发生很大变化。按范特霍夫规则估算，温度每升高10℃，反应速度大约为原来速度的2～4倍。根据实验得出，燃烧速度与可燃气体初始温度T₀的关系为

式中 v、v₀——T和T₀时的燃烧速度；

n——实验常数，一般约为1.7～2.0。

可燃气体被加热后会大大提高燃烧速度，其火焰传播速度明显增大。一氧化碳混合物温度对火焰传播速度的影响如图6-2所示。

图6-2 一氧化碳混合物温度对火焰传播速度的影响

（三）燃烧体系与环境的热交换

容器或管道的直径、材质决定燃烧体系在环境中的热损失大小。热损失越大，燃烧速度越小。

1.管径

可燃气体在容器或管道内发生燃烧，容器、管道的直径对火焰传播速度有明显的影响。

设一管道长L，截面是半径为r的圆，当这段管道内充满可燃气体时，混气与管壁接触的比表面积为

若用截面圆的直径d表示则为

显然，管径越大，S_n越小，混气燃烧的热损失越少。一般地说，火焰传播速度随管径的增大而增大，但当增大到临界直径后，火焰传播速度不再增加；管径减小时，火焰传播速度随之减小，当管径小到临界直径时，由于散热比表面大，热量损失大于反应热，从而使火焰熄灭。正在燃烧的混合气体通过小于临界直径的管道时，温度会降至燃点以下而熄灭。表6-3列出甲烷-空气的混合物，在不同管径的火焰传播速度。

表6-3 不同管径时甲烷-空气混合物的火焰传播速度 （单位：cm/s）

2.管道和容器材质的导热性

燃烧性气体在与环境热交换比表面积相同的情况下，发生燃烧的管道和容器材质的导热性越好，燃烧体系向环境的散热量越大，热量的损失必然造成燃烧速度的降低和火焰传播速度的减慢，甚至燃烧停止。

【思考与练习题】

1.气体的燃烧速度如何表示？

2.影响气体燃烧速度的主要因素有哪些？