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燃烧科学中的“火三角”和“火四面体”
浏览: 发布日期:2011-06-18

什么是燃烧?

燃烧是物体快速氧化,产生光和热的过程。而燃烧的一个剧烈形式之一“爆炸”,则是在一个有限的空间迅速燃烧的过程。

 

燃烧的三要素是什么?

很早以前,人们就知道燃烧需要三种要素并存才能发生,分别是可燃物如燃料、助燃物如氧气、以及温度要达到燃点。

 

什么是“火三角”模型?

人们将上述三要素整理成一个“火三角”模型。“火三角”阐明了一场火的燃烧之规律,只要齐备以下三种元素:热量、燃料及氧气,一场火方能成功燃烧,缺一不可。

 

 

因此,我们可以根据这个模型,调整、扑灭、引发燃烧。通过控制氧气含量或者调整氧气与燃料的配比,能够得到完全燃烧、非完全燃烧。完全燃烧一般被认为是合理的,如果没有特殊的工艺要求,我们应将燃烧控制在尽可能完全的程度。有时,为了得到还原性的烟气,我们需要将燃烧控制到非完全燃烧状态,这种燃烧往往被称为“还原焰”。在一些情况下,我们需要得到氧化气氛,会控制到烟气中含有较多过量的氧。

理解火三角对于消防也很重要,我们可以通过降温、移除可燃物、阻断空气等方式灭火。

 

 

 

什么是“火四面体”?

随着技术的发展,人们认识到火三角在一些情况下并不完全准确,火三角没有考虑到燃烧时的“链式反应”。

可燃物在燃烧前会裂解为简单的分子,分子中的共价键在外界因素(如光、热)的影响下,裂解而成化学活性非常强的原子或原子团──称为游离基。有氢原子、氧原子及羟基等。

大多数的有火焰燃烧都存在着链式反应。当某种可燃物受热时,它不仅会气化,而且该可燃物的分子还会发生热裂解作用,即它们在燃烧前会裂解为简单分子,活性很强的游离基。由于游离基是一种高度活泼的化学形态,能与其他的游离基及分子产生反应,而使燃烧持续下去,这就产生了燃烧的链式反应。

 

 


火四面体模型图
 
有时,不考虑链式反应去处理一声火灾,可能会带来巨大的危险。比如金属镁的燃烧,按常规喷水的话,将助推镁的剧烈链式反应,导致越烧越旺。
而对于反应釜、冶炼炉等特殊工业窑炉而言,理解火四面体模型,则显得尤为重要。
 
总之,燃烧是一个快速发展的科学技术,未来的深化研究也会继续下去。