《消防燃烧学》模拟试卷A答案及评分标准.doc

《消防燃烧学》模拟卷（A）
参考答案及评分标准

一、 名词解释（每题2分，共20分）
[评分标准]
（1）要点正确，得满分。
（2）要点不正确，不得分。
1、 着火：
答：指直观中的混合物反应自动加速，自动升温以引起空间某个局部最终在某个时间有火焰出现的过程。
2、 爆炸极限：
答：可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸的可燃气最低浓度(用体积百分数表示)，称爆炸下限，可燃气最高浓度称爆炸上限。
3、 火焰前沿：
答：已燃区和未燃区之间形成的明显的分界线，即反应区。
4、 层流火焰传播速度：
答：火焰前沿相对于未燃气的法向速度。
5、液体爆炸温度极限:
答：蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限。
6、液体饱和蒸汽压
答：在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气所具有的压力叫饱和热气压，简称蒸气压。
7、燃烧反应速度
答：单位时间内在单位体积中反应物消耗或生成物产生的摩尔数。
8、灭火滞后
答：要使系统灭火，必须使系统处于比着火更不利的条件下才能实现。这种现象称为灭火滞后现象。
9、电极熄火距离
答：电极距离d小于dp时，无论多大的火花能量都不能使混气引燃，这个不能引燃混气的电极间最大距离dp，称为电极熄火距离。
10、分解燃烧
答：在受到火源加热时，先发生热分解，随后分解出的可燃挥发份与氧发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

二、 简答（每题7分，共56分）
[评分标准]
（1）要点回答准确完整，可得满分。
（2）要点回答不够准确完整，可根据评分标准酌情扣分。
（3）观点有严重错误，该题不得分。
1、物质的浓度、温度和反应活化能如何影响反应的速率。
答：反应速度可以表示为：，可以看出：
反应速度与物质浓度成正比，幂次为反应级数。
反应速度与温度成指数关系，温度越高，反应速度越快。
反应速度与活化能成负指数关系，活化能越大，反应速度也慢。

2、在讨论谢苗诺夫热自燃机理时，作如下假设：
① 体积为V, 表面积为S；
② 内部气体温度为T, 且各处均相同；
③ 内部无对流，容器与环境存在对流换热，对流换热系数保持不变；
④ 着火前后物质浓度变化很小。
试从放热速率和散热速率表达公式说明所做假设给处理问题带来的好处与不足。已知放热速率，散热速率。
答：放热速率，散热速率。可知：
第2条假设为计算放热速率和散热速率都提供了便利（不用积分）。
第3条假设为计算散热速率提供了便利。
第4条假设为计算放热速率提供了便利（不用积分）。
不足之处是为计算放热速率和散热速率带来了误差。

3、木材的燃烧主要包括哪几个阶段?为什么其中的有焰燃烧是木材火灾发展过程中有决定意义的阶段?
答：木材的燃烧比较明显地存在两个阶段:一是有焰燃烧阶段，即木材的热分解产物的燃烧。在此过程中，木材的成份逐渐发生变化，氢和氧的含量减少，碳的含量相对增多。二是无焰燃烧阶段，即木炭的表面燃烧。其中在有焰燃烧阶段，火焰温度高、燃烧时间短、火势扩展快，起着决定性意义。

4. 试说明惰性气体对爆炸极限的影响，并用燃烧学理论加以解释。对预防气体爆炸有何指导作用？
答：惰性气含量越高爆炸极限越窄危险性越小。根据分子碰撞反应理论，惰性气体的加入，在碰撞过程中惰性气体分子吸收了反应物分子的能量，是的活性分子的数量减少，降低了反应速度。对预防气体爆炸的指导作用是：在可燃气发生泄漏的场所，可冲入惰性气体加以保护。

5. 试根据右图一维预混气燃烧的马兰特模型，推导层流火焰传播速度 SL(导热定律可描述为，假定反应区内温度为线性分布)。
答：化学反应区通过界面导出的热量等于预热区吸收的热量，即能量平衡。反应区内温度梯度为：

热平衡方程为：

其中，得到层流火焰传播速度为：

6、试说明下式所表达的含义，并说明下列因素对液体燃烧速度的影响，并说明道理。

（1）初温的影响
（2）油罐直径的影响
（3）容器中可燃液体高度
（4）液体含水量
（5）有机同系物液体密度
（6）风的存在
答：G表示液体燃烧速度，即单位时间内液体燃烧的质量。
表示液体表面所接收的热量
表示液体的蒸发热
表示液体的平均等压比热。
，液体的初始温度、液体的表面温度，从这个公式可以很容易确定初温，液体含水量（），液体密度（）对G的影响；油罐直径、液体高度、风的存在影响着液体表明接收到的热量。

7、什么是沸溢？其形成条件是什么？
答：热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。沸溢的发生条件：
（1）原油具有形成热波的特性；
（2）原油中含有乳化水或自由水；
（3）原油的粘度较大。

8、如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法?
答：燃烧条件分为必要条件和充分条件。
必要条件是：可燃物、氧化剂、点火源。
充分条件是：防火方法：要发生燃烧还必须满足其他条件，如可燃物和助徽物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。
1、控制可燃物；2、隔绝空气；3、消除点火源
灭火方法：1、隔离法；2、室息法；3、冷却法

三、计算题（第一题8分，共24分）
[评分标准]
（1）计算公式使用正确、计算结果正确，可得满分。
（2）计算公式不正确，可根据评分标准酌情扣分。
（3）计算结果不正确，扣1分。

1、已知1kg木材燃烧产物组成为：CO2 0.0358 kmol （0.803m3），水0.0382 kmol（0.856 m3），氮气0.1533kmol （3.433 m3），试估算这种木材的理论燃烧温度。C、H、O、N的分子量分别为12、1、16、28。该木材的高位热值为16458kj/kg，低位热值为15528 kj/kg。燃烧温度大约在1800~1900℃之间，可供选用的物性数据见表1和表2。
表1 某些气体的恒压热容与温度的关系
（）
气体名称
a
b×103
c×106
温度范围(K)
二氧化碳
26.75
42.258
-14.25
300-1500
水蒸气
29.16
14.49
-2.022
273-3800
氮气
27.32
6.226
-0.9502
273-3800
氧气
28.17
6.297
-0.7494
273-3800
表2 各种气体的平均恒压热容（温度由273K到TK之间的平均值）
温度(T)
Cp（CO2）KJ/m3K
Cp（N2）KJ/m3K
Cp（HO2）KJ/m3K
1973
2.3743
1.4612
1.9000
2073
2.3915
1.4687
1.9213
2173
2.4074
1.4758
1.9423
2273
2.4221
1.4825
1.9628
2373
2.4359
1.4892
1.9824
答：根据能量平衡计算理论燃烧温度，
，其中为可燃物的低位热值， 为摩尔热容
，其中为可燃物的低位热值，为体积热容
如按第一种算法，摩尔热容可用公式带入计算，求解一元三次方程，不易求解。现按逼近法求解，由于定压热容与温度有关，所以需首先估计一个温度T1，根据这个温度计算定压热容，计算燃烧产物吸热量，如果，说明估计温度小于理论燃烧温度；重新估计一个温度T2，根据这个温度计算定压热容，计算燃烧产物吸热量，使得，即估计温度大于理论燃烧温度则，因此理论燃烧温度满足下式：

首先假定T1=2073K,
Q1=(0.803*2.3915+0.856*1.9213+3.433*1.4687)*（2073-273）= 15493 < 15528
再假定T2=2173K,
Q2= (0.803*2.4074+0.856*1.9423+3.433*1.4758) *（2173-273） = 16458 > 15528
因此
Tp=2073+（15528-15493）/（16458-15493）*100 = 2076.6K
校正
Q’=(0.803*2.3915+0.856*1.9213+3.433*1.4687)*（2076.6-273）=15523.7 kJ
近似等于实际发热量15528，计算可以结束。

2、某可燃气组成为：H2-12.4%，CO-27.3%，CO2-6.2%, CH4-0.7%，N2-53.4%；求煤气的爆炸极限。已知多组分可燃气爆炸极限计算公式：

答：查图得到爆炸极限
H2+CO2组的爆炸极限范围：6%~70%
CO+N2组的爆炸极限范围：40%~73%
代入莱-夏特尔公式计算

3、甲醇、乙醇饱和蒸气压分别为11822Pa和5866Pa (20℃），两种可燃气体的爆炸极限分别为6 .72%~36 . 5%, 3 . 28％-18 . 95%，问混合贮存是否有危险？
解：（1）甲醇、乙醇的蒸汽浓度为
11822Pa/101325Pa=11.67%
5866Pa/101325Pa=5.79%
总可燃气浓度为11.67+5.79 = 17.46%
(2) 为了利用给出的条件，需要把可燃气进行分组：
组成1： 甲醇 11.67%
组成2： 乙醇5.79%
组成1的爆炸极限为：6 .72%~36 . 5%
组成2的爆炸极限为：3.28％-18 . 95%
其中组成1占可燃气比例为11.67/(11.67+5.79)=66.84%
组成2占可燃气比例为5.79/(11.67+5.79)=33.16%
利用莱-夏特尔公式计算“可燃气”的爆炸极限：
=4.99%
=27.92%
总可燃气浓度为17.46%，在爆炸极限4.99%~27.92%范围之内，故该混合气发生爆炸。