物質(zhì)自燃特性參數(shù)測(cè)定
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br> 1.理解弗蘭克-卡門涅茨基自燃模型中有關(guān)參數(shù)的物理意義；
2.掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)定自燃氧化反應(yīng)活化能的方法；
3.利用F-K模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的有關(guān)參數(shù)，判斷在環(huán)境條件下固體可燃物發(fā)生自燃的臨界尺寸，即利用小型實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)大量堆積固體發(fā)生自燃的條件。
實(shí)驗(yàn)原理
熱自燃理論認(rèn)為，著火是體系放熱因素與散熱因素相互作用的結(jié)果。如果體系放熱因素占優(yōu)勢(shì)，就會(huì)出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，發(fā)生自燃；相反，如果散熱因素占優(yōu)勢(shì)，體系溫度下降，不能自燃。對(duì)于畢渥特?cái)?shù)Bi較小的體系，可以假設(shè)體系內(nèi)部各點(diǎn)的溫度相同，自燃著火現(xiàn)象可以用謝苗諾夫自燃理論來解釋。但對(duì)于畢渥特?cái)?shù)Bi較大的體系(Bi>10)，體系內(nèi)部各點(diǎn)溫度相差較大，必須用弗蘭克一卡門涅茨基自燃理論來解釋。該理論以體系最終是否能得到穩(wěn)態(tài)溫度分布作為自燃著火的判斷準(zhǔn)則,提出了熱自燃的穩(wěn)態(tài)分析方法。
可燃物質(zhì)在堆放情況下,空氣中的氧將與之發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng),反應(yīng)放出的熱量一方面使物體內(nèi)部溫度升高,另一方面通過堆積體邊界向環(huán)境散失。如果體系不具備自燃條件,則從物質(zhì)堆積時(shí)開始,內(nèi)部溫度逐漸升高,經(jīng)過一段時(shí)間后,物質(zhì)內(nèi)部溫度分布趨于穩(wěn)定,這時(shí)化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與邊界傳熱向外流失的熱量相等。如果體系具備了自燃條件,則從物質(zhì)堆積開始,經(jīng)過一段時(shí)間后，體系著火。很顯然，在后一種情況下，體系自燃著火之前，物質(zhì)內(nèi)部溫度分布不均。因此，體系能否獲得穩(wěn)態(tài)溫度分布就成為判斷物質(zhì)體系能否自燃的依據(jù)。
理論分析發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)溫度分布取決于物體的形狀和δ值的大小。這里，δ表征物體內(nèi)部化學(xué)放熱和通過邊界向外傳熱的相對(duì)大小。當(dāng)物體的形狀確定后，其穩(wěn)態(tài)溫度分布則僅取決于δ值。當(dāng)δ大于自燃臨界準(zhǔn)則參數(shù)δcr時(shí)，物體內(nèi)部將無法維持穩(wěn)態(tài)溫度分布，體系可能會(huì)發(fā)生自燃著火現(xiàn)象。這里，δcr是把化學(xué)反應(yīng)生成熱量的速率和熱傳導(dǎo)帶走熱量的速率聯(lián)系在一起的無因次特征值，代表臨界著火條件。
實(shí)驗(yàn)器材及要求
1. 電熱鼓風(fēng)干燥箱：有數(shù)顯控溫和電腦控溫兩種，溫度范圍：R.T+10～300℃，控溫精度±1.0℃，頻率：50±0.5Hz。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。
該干燥箱為鼓風(fēng)電熱式，依靠鼓風(fēng)機(jī)使空氣強(qiáng)制流動(dòng)來滿足技術(shù)指標(biāo)，采用拼塊組裝立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽用不銹鋼板制造，整個(gè)電氣控制系統(tǒng)置于箱體底部，各電器元件都固定于小電氣底板上，線路清楚，維修方便。各開關(guān)、指示等集于一控制面板上，安全可靠。在門內(nèi)有玻璃內(nèi)門，使用方便，門上的蜜蜂密封采用硅橡膠條隔熱密封。用鉑電阻作感溫元件，由放大或電腦的CPU處理，控制可控硅調(diào)動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行控溫。
2.大型長(zhǎng)圖自動(dòng)平衡記錄儀XQCJ-200，雙筆記錄，走紙速度有以下幾檔：30/60/120mm/h，300/600/1200 mm/h，其各組部件位置簡(jiǎn)圖如圖2所示。
3.K型熱電偶，2m，兩支，測(cè)溫精度±0.5℃。
4.絲網(wǎng)立方體3，4，5，6，7，8cm各一個(gè)。
實(shí)驗(yàn)材料
活性炭粉末（粒徑較細(xì)并均勻）或浸有桐油的鋸末
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法
1.裝試樣
將活性炭粉末裝入不同的絲網(wǎng)立方體內(nèi)（注意一定要裝滿裝平），然后將立方體絲網(wǎng)平放入電熱鼓風(fēng)干燥箱的中心位置。兩個(gè)K型熱電偶中一個(gè)檢測(cè)試樣中心溫度，保證其探頭插入試樣中心，為避免振動(dòng)而引起熱電偶移動(dòng)，用細(xì)鐵絲將其緊固在托盤上；另一支熱電偶測(cè)定爐溫，放置在立方體一側(cè)，要求盡量接近立方體，但又不能與其接觸，同樣用細(xì)鐵絲將其緊固在托盤上，關(guān)閉玻璃門與干燥箱大門。
2.設(shè)定X-Y函數(shù)記錄儀
調(diào)節(jié)走紙速度為60mm/h；將紅色和藍(lán)色記錄筆頭插入標(biāo)尺上的筆桿（注意：藍(lán)色記錄筆頭在內(nèi)，紅色記錄筆頭在外），要求松緊適當(dāng)，以防脫落或影響工作。然后依次打開函數(shù)記錄儀的電源開關(guān)、走紙控制開關(guān)、兩個(gè)記錄筆的開關(guān)。
3.設(shè)定干燥箱的工作溫度，儀器開始加熱升溫
開啟電熱鼓風(fēng)干燥箱的電源開關(guān)，同時(shí)打開輔助加熱開關(guān)，根據(jù)預(yù)測(cè)的自燃溫度，設(shè)定一高出其一定溫度的干燥箱工作溫度，應(yīng)注意所設(shè)溫度不得高于干燥箱允許的工作溫度（一般為300℃，溫度設(shè)定方法見后面說明），超溫報(bào)警溫度設(shè)定為305℃，儀器開始加熱升溫。
4.數(shù)據(jù)記錄
要求每隔三分鐘記錄一組數(shù)據(jù)：環(huán)境溫度、體系溫度，并計(jì)算環(huán)境溫度與體系溫度的差值以及相鄰時(shí)間的體系溫度差值。試驗(yàn)時(shí)不能隨意打開控溫爐。注意觀察試樣中心溫度的變化規(guī)律，從X-Y函數(shù)記錄儀上的溫度-時(shí)間曲線判斷試樣是否發(fā)生了自燃。一直記錄數(shù)據(jù)到體系溫度超過環(huán)境溫度時(shí)為止。
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉兩個(gè)記錄筆開關(guān)、走紙控制開關(guān)、記錄儀電源開關(guān)，將記錄筆頭取下并蓋上筆套。關(guān)閉輔助加熱開關(guān)，將干燥箱工作溫度設(shè)定到室溫（20℃），打開箱體大門與玻璃門，讓鼓風(fēng)系統(tǒng)繼續(xù)工作，直到工作室溫度降低到室溫附近時(shí)，再關(guān)閉電源開關(guān)。將立方體絲網(wǎng)取出，倒掉試樣（注意試樣過熱時(shí)不要倒在塑料容器中），清理干燥箱內(nèi)部。同一尺寸試樣測(cè)得若干個(gè)溫度后，取其中發(fā)生自燃的溫度為超臨界自燃溫度，用Tsuper來表示；取其中不發(fā)生自燃的溫度為亞臨界自燃溫度，用Tsub來表示。
更多關(guān)于 燃燒測(cè)試儀器：/chanpin/rslcsy/
網(wǎng)站客服
