《燃烧学》习题

第一章 燃烧的化学基础习题

1.解释下列基本概念:

(1)燃烧 (2)火 灾 (3)烟 (4)热容

(5)生成热 (6)标准燃烧热 (7)热值 (8)低热值

2.燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征.

3.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?

5.物质浓度、体系温度和反应活化对反应速度速率有何影响?

6.燃烧反应速度方程是如何得出的?在该方程中，KOS(KOS’)和ES是否有直接的物理意义?为什么?

8.举例说明燃烧产物(包指烟)有哪些毒害作用?其危害性主要体现在哪几个方面?

9.试求出在p＝1atm、T=273K下，1公斤苯(C6H6)完全燃烧所需要的理论空气量。

10.已知木材的组成为:C-46%、H-6.0%、O-37.0%、N-2.0%、W-9.0%，问在p＝1atm、T=273K下木材完全燃烧产物体积是多少?

11.木材的组成为C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、W-5%.试求在1.5atm、30℃的条件下燃烧5kg这种木材的实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度。(空气消耗系数数取1.5)

l2.已知煤气成分为:C2H4-48%、H2-37.2%、CH4-26.7%、C3H6-1.3%、CO-4.6%、CO2-10.7%、N2-12.7%、02-2.0%，假定P=1atm、T=273K、空气处于干燥状态，问燃烧1m3煤气

(1)理论空气量是多少m3？

(2)各种燃烧产物是多少m3?

(3)总燃烧产物是多少m3?

l3.焦炉煤气的组成为:CH4-22.5%、H2-57%、C2H2-3.7%、CO–6.8%、CO2-2.3%、N2-4.7%、H20-3.0%，(体积百分数.在1.2atm、25℃的条件下燃烧3m3的这种煤气，实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度分别是多少?(空气消耗系数取1.2)

14.试求燃烧lkg甲醇、乙醇和丙醇的混合物(混合质量比为56:30:20)的理论需要空气味积.

15.什么叫做恒压热容、恒容热容?什么叫做平均热容?

16.在常压下1000Kg甲烷由260℃开温至538℃所需的热量QP是多少？

17.已知某可燃物燃烧后的产物组成为：CO2-9%、N2-67%、H20-22%、O2-2%.试分别精确计算和粗略计算4m3的这种产物从0℃上升导1727℃所需要的热量.

18.试求甲醇在25℃条件下的标准燃烧热.

19.试用气相苯乙烯(C6H5C2H6)的标准燃烧热求它的标准生成热。

20.已知木材的组成为：C-43%、H-7%、O-41%、N-2%、W-7%.求5公斤木材在25℃下燃烧的发热量。

2l.已知煤气的成份(见计算题12所列)，试求4m3的该种煤气在25℃下燃烧的发热量。

22.试估算3Kg的某种木材燃烧的高、低热值。这种木材的组成见11题所列。

23.已知氢气的质量热值为119480KJ/Kg，试求氢气的标准燃烧热和体积热值分别是多少？

24.已知木材的组成见11题所列，试估算这种木材的理论燃烧温度。

25.已知条件与第14题相同，试求这种混合物的理论燃烧温度。

26.已知烟煤的组成为:C-76%、H-4.5%、O-3.5%、S–4.7%、N-1.8%、W-3%、灰-6.5%，求在超量空气系数1.5时候的P=1atm、T=298K下的

(1)实际空气需要量是多少m3?

(2)各种燃烧产物体积是多少m3?

(3)理论燃烧温度是多少m3?

27.含有两倍完全燃烧甲烷成二氧化碳和水所必须的甲烷-空气混合物.在P=1atm、T=298K下它的理论燃烧温度是多少?

第二章燃烧的物理基础习题

1.热量传递有哪几种方式?举例比较说明这几种传热方式各有什么特征。

2.金属板上放置一个小型加热炉，为减少炉底对板面的热损失，其间放置一块导热系数为0.058W/mk的绝缘平饭，绝缘平板上表面温度保持为90℃和25℃.为使每平方米绝缘平板的热损失小于200W/m2，试计算绝缘平板所需的厚度.

3.热平壁周围的环境温度为20℃，壁面敷设厚30mm的隔热层.隔热材料的导热系数为0.2W/mK，隔热层和平壁接触的表面温度为230℃，而其外表面的温度为40℃.试求隔热层外表面与介质之间的对派换热系数.

4.相距甚近、彼此平行的二黑体平表面，若:(1)表面温度分别为100OK和800K;(2)表面温度分别为400K和  

200K.试求这两种情况下辐射换热量之比。

5.一混凝土两侧壁温保持T1和T2，由于混凝土的固化，单位时间内、单位体积释放的热量(即内热源强度)为Q，设导热系数K为定值，导热过程处于稳态.

(l)求墙内温度分布的表达式 ;

(2)设墙厚0.5m，t1＝t2＝20℃，Q＝80W/m2，K=1.2W/Mk，求墙内的最高温度 。

6.一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成，最里面是耐火粘土砖，厚115mm，导热系数为1.12W/m.K;中间硅藻土 

砖厚125mm，导热系数0.112W/m.K;接外层为石棉板，厚70mm，导热系数为0.116W/m.K。巳知炉墙内、外表面温度分别为495℃和60℃.试求每平方米炉墙每小时的热损失及耐火粘土砖与硅藻土砖分界面上的温度.

7.导热系数为380W/m.K的钢板厚3mm，两侧均紧贴导热系数为16W/mk厚2mm的不锈钢板，不锈钢板外侧壁温分别为400℃和100℃.试求钢板内部的温度分布情况和导过平壁的热流密度.

8.试以傅里叶定律导出单层圆筒壁中稳态导热方程。

9.一平壁厚1Ocm，两侧壁温为300℃和100℃，平壁材料的导热系数为K=0.099(1+0.0002t)W/mk.求通过平壁的热流密度，并作出平壁内的温度分布曲线.

10.一外直径150mm，壁温250℃的管道，外敷导热系数为0.12W/mk的蛭石保温材料，为使单位长度的热损失不大于160W/m，求蛭石层的厚度.设蛭石层外测壁温为40℃。

l1.厚0.6mm、长2.4m、宽l.8m的窗帘垂直悬挂在300℃的热气流中，已知窗帘与气流间的对流换热系数为14W/m2K，窗帘的密度、比热、导热系数分别为0.28g/cm3、12KJ/kg、0.014W/mk，窗帘的初温为25℃.求:

(l)10分钟后窗帘的温度;

(2)经过多长时间后窗帘有着火的危险(窗帘的着火温度为250℃)

l2.假设建筑物的火灾使室内的温度保持950℃，墙体的厚度为20cm，着火前墙体的温度为20℃，墙体属混凝土结构.求:

(1)若墙体外存在可燃物，着火温度为220℃，经过多长后，可燃物有着火的危险?

(2)经过9s后，墙体外表面的温度可能达到多少？(不考虑室内的空气对流换热及辐射换热)

13.分别阐述强迫对流和自然对流换热的机理和特点。

14.流体沿平板流动和换热时，试述速度边界层和热边界层形成和发展，并指出它们的重要特性及它们之间的关系.

l5.速度边界层和热边界层是否一定在平板前缘处同时形成?

16.空气在20℃和一个大气压下，以l0m/s的流速纵向流过一块长400mm，温度为40℃的平板，求离平板前缘100、200、300、4OOmm处的流动边界层和热边界层的厚度(空气的物性参数按平板表面温度和空气温度的平均值30℃确定，30℃时空气的运动粘度为

l7.在上题中，如果平板的宽度为1m，求平板与空气的换热量.

18.试阐明热辐射的本质，并说明兰贝特定律和基尔霍夫定律的内容及其意义。

19.何谓黑体、灰体?试述黑体、灰体和实际物体(固体)的辐射特性和吸收特性的异同，并说明为什么要提出黑体和灰体这样的理想物体?

20.单色辐射力符合什么分布规律?它们的辐射力有何区别?黑体的辐射力如何计算?

21.一块黑度为0.8的铜板置于27℃的厂房中，试求在热平衡的条件下铜板的辐射力。如果将铜板加热至327℃，其辐射力又是多少?

22.假定上题中的铜板辐射遵循兰贝特定律，计算铜板法线方向的定向辐射强度和与法线方向成45角处的定向辐射强度.

23.什么叫扩散？扩散物质流与其浓度梯度分布有什么关系?

24.举例分析说明斯蒂芬流的特征及其产生条件.

25.烟囱效应是如何形成的?它受哪些因素影响?在建筑火灾(尤其是层建筑火灾)中，烟囱效应有那些危害?

 第三章着火的基本理论习题

l.可燃物的着火可分几类?各有何特点？体系具备着火条件是否就一定在着火?

2.热自燃理论的假设条件和基本出发点是什么?

3.什么叫做放热速度?什么叫做散热速度?用公式如何表达它们?并利用放热曲线和散热曲线的位置关系，分析说明谢苗诺夫热自燃理论中着火的临界条件.

4.某系统的产热曲线和散热曲线如图所示，试用作图法求: 

(l)改变系统的散热条件时，系统的自燃点 (2)改变系统的坏境条件时，系统的自燃点. 

这两个自燃点是否相同?如果同，说明什么问题?

5.什么叫做着火感应期?可燃体系在着火之前为什么会出现着火感应期?影响着火感应期的因素有哪些?它们分别是如何影响的?

6.什么叫做自燃点?自燃点与临界环境温度有何关系？假设可燃混气的反应活化能为16OKJ/mo1，系统达到自燃温度时环境温度为500℃，试求该可燃混气的自燃点是多少？

7.在热着火理论中，存在哪些自燃着火极限?这些自燃着火极限是如何得出的?(结合图示说明)  

8.可燃物的热自燃主要受哪些因素影响?它们分别是如何产生影响的?

9.在F-K自燃理论中，自热体系的着火判断准则是什么?该理论与Semenov自燃理论有什么区别?

10.条件准数δ的物理意义是什么?自燃临界准则参数δcr取决于什么?δ和δcr的大小关系说明了什么?

11.什么是F-K自燃理论的直线形式?它有哪些方面的具体应用?举例说明它在确定可燃物质的自燃火灾原因中的应用是如何实施的?

12.各列出一例(写出反应式)说明以下三种情况下的单质或化合物的自燃:

(1)与水反应自燃;

(2)与空气接触自燃;

(3)在摩擦或撞击的条件下自燃.

13、 某系统的产热曲线和散热曲线如图所示，试用作图法求 : 

(l)改变系统的散热条件时, 系统的自燃点 

(2)改变系统的坏境温度时 , 系统的自燃点 .

这两个条件下的自燃点是否相同 ? 为什么？

14.与水作用自燃的物质，其自燃反应有那些共同特点?在该类物质的生产和储运过程中，应注意采取哪些安全措施?

14.与空气作用及互相接触、摩擦或撞击能自燃爆炸的物质有那些共同特点？在该类物质的生产和储运过程中，应注意采取哪些安全措施?

16.比较典型的煤的自燃理论有哪些?如何用固体表面吸附理论解释煤的自燃原理?影响煤自燃能力的因素有哪些?

17.植物的自燃主要经历哪几个阶段?其自燃条件是什么?

l8.试从化学反应机理上解释涂油物的自燃原理.

19.何谓碘值?碘值的高低说明什么问题?碘值在什么范围的涂油物具有自燃能力?

20.链锁反应有何特点?举例说明链锁反应的基本过程和类型.

21.链锁反应着火理论的基本出发点是什么?链锁反应系统的着火条件是什么?α>1的链锁反应系统是否一定会发生着火爆炸?为什么?

22.链锁反应的速度在系统处于低、中、高温时各具有什么特点?如何结合链锁反应理论解释氢-氧化学计量混合物一个温度可能对应两个、甚至三个着火(爆炸)压力极限?

23.何谓强迫着火？它有什么特征?结合高温质附近可燃介质的温度分布情况分析高温质点引燃介质的条件?

24.什么叫做电极熄火距离?什么叫做最小火花引燃能?电火花引燃混气的条件是什么?

25.电火花引燃可燃混气的机理是什么？它可分为哪几个阶段?影响电火花引燃混气的因素有哪些？

26.在考虑可燃混气浓度变化的条件下，散热曲线与放热曲线最多可能有几个交点，试分析这几个交点的工作情况.

27.什么叫做灭火滞后?结合散热曲线与放热曲线的位置关系分析灭火条件，并说明在热着火理论中.有哪些灭火措施?在散热条件相同情况下.什么措施对灭火的作用更大?

28.从链锁反应着火理论可以得出哪些灭火措施?灭火的关键是什么?

第四章 可燃气体的燃烧习题 

1.预混可燃气燃烧波的传播存在哪两种方式?各有什么特点?

2.什么叫做火焰前沿?火焰前沿有什么特点?预混可燃气中火焰传播的机理是什么?其基本点分别是什么?

3.层流预混火焰传播速度Sl是如何规定的?影响层流预混火焰传播速度的因素主要有哪些?用本生灯测量火焰传播速度的要点是什么?

4.试分析导热系数和热容对气体火焰传播速度有何影响？为什么灭火剂要具有低的导热系数和高的热容?

5.已知丙烷空气预混气的管径为1Ocm，管中心气流速度u0=484cm/s.测得沿半径方向上离管中心4.5cm处上方火焰面的QI=60゜，求其火焰传播速度Sl 

6.简述可燃气体爆炸参数的测量方法.

7.什么叫做爆炸下限?什么叫做爆炸上限?并简述爆炸极限的测定原理. 

8.爆炸极限主要受哪些因素影响?如果各种可燃气体的活化能变化不大，爆炸下限与燃烧热有什么关系?

9.试证明莱一夏特尔公式

10.利用1mol可燃气燃烧反应所需氧原子mol数计算乙烷的爆炸上限和下限. 

11.已知乙烷爆炸下限为3%，摩尔燃烧热为1426.6，丙烷的摩尔燃烧热为2041.9KJ，求丙烷的爆炸下限.

12.用燃烧反应所需的氧原子mol数和化学计量浓度两种方法计算丁烷在空气中的爆炸极限，并比较计算结果。

13.已知某天然气组成为甲烷-80%，X下＝3%；乙烷-15%，X下＝3%；丙烷-4%，X下＝2.1%；丁烷-1%，X下＝1.5％。试求该天然气的爆炸下限为多少?

14.在某一环境的空气中，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的含量分别为0.8%、1.2%、1.0%、0.5%，试判断该空气是否具有爆炸危险性。

15、某种煤气的组成为:一氧化碳10%、氢气45%、甲烷30%、氮气I2%、二氧化碳2%、氧气1%，试求该种煤气在空气中的爆炸极限.(提示:二氧化碳/氢气＝0.04肘时，爆炸极限为3-72%;氮气/一氧化碳＝0.83时，爆炸极限为26-73%)

16.乙烷 -氧气 – 氮气体系的爆炸极限范围如图所示. 

(1)在图中画出代表乙烷在常规空气中的所有的点.

(2)根据计算的结果,在图中画出代表乙烷的浓度为化学计量浓度的所有的点.

17.可燃气体的爆炸极限的实用意义体现在哪几个方面?甲、乙类可燃气的爆炸下限分别是多少?发生分解爆炸的条件是什么?

18.简述爆轰的发生过程，并说明其本质是什么?

19.形成爆轰要具备哪些条件?爆轰对设备的破坏有些什么特点?

20.有哪些预防和控制可燃气体爆炸的基本原则?

21.试解释CH4-N2-02三角爆炸界限图中的空气组分线、临界氧气浓度线、氧气浓度临界值及其特点.

22.已知氢气用氮气进行保护时临界氧含量为5%，在某设备中已有10升空气，问向设备中应添加多少含氧盘为1%的氮气进行保护?

23.主要有哪些阻火隔爆和防爆泄压装置?什么叫做消焰径?在使用金属网阻火器和安全水封时应注意哪些问题?

24.用氮气保护乙烷，设备内原有空气100m3，试求下列两种情况氮气用量:

(l)氮气中布含含氧气;

(2)氮气中含有6%的氧气。

25.何谓层流?何谓湍流?判断流体流动状态的准则是什么?

26.何谓湍流燃烧?湍流燃烧有什么特点？湍流燃烧速度为什么比层流燃烧的速度快?

27.管道横截面积、管内气体流速、环境氧含量和气体燃烧的空气需要量对火焰高度有什么影戏影响为什么?

28.如图1所示的层流火焰中，沿1、2、3点处的半径氧气的浓度分别可由哪条曲线(A、B、C、D)来表示？

在图2所示的层流火焰中，横向物质浓度的变化(包括燃料、氧气、燃烧产物和氮气)分别可由那些曲线来表示？

第五章 可燃液体的燃烧习题

1.何谓液体的蒸发热和沸点?从 CH4到C10H22，蒸发热和沸点为什么会上升?而在HF、HBr 和HI中，HF 分子量最小、其蒸发热和沸点却最高?

2.何谓液体的饱和蒸汽压和不饱和蒸汽压?已知二硫化碳在9℃饱和蒸汽压为190mmHg，试求桶中二硫化碳的蒸汽浓度？

3.已知乙醚的蒸发热为25.9kJ/mol，在293K时的蒸汽压为0.582 atm， 试求其在308K时的蒸汽压是多少Pa?液面上方的蒸汽浓度是多少?  

4.可燃液体主要有哪些危险特性?分别举例说明之。并说明这些特性各由什么参数来评定?

5.何谓闪燃?可燃液体为什么会发生闪燃现象?研究闪燃在消防工作有什么重要意义?

6.已知乙醇的爆炸浓度下限为3.3%，大气压力为760mmHg， 试用三种不同的方法估算乙醇的闪点。

7.已知甲苯的闪点为5.5 ℃，大气压为760mmHg， 试用布里诺夫公式求丙烷的闪点。

8.在相同条件下将下列各组物质按自燃点从大到小排序，并说明理由。

(1) 甲烷、丙烷、丁烷、乙烷  

(2) 异丁烷、正丁烷

(3) 丙烷、丙烯、

(4) 乙醛、乙烷、乙醇

9 .在相同的条件下将下列各组物质按闪点从大到小排序。并说明理由

(1) 丙醇、甲醇、丁醇、乙醇 (2) 甲酸丙酯、甲酸异丙酯

l0、何谓液体的爆炸温度极限?分析说明可燃液体存在爆炸温度极限的原因。

11.已知甲苯的闪点为5.5℃，试求甲苯的爆炸温度下限。

l2.用两种不同的方法估算乙醚在大气中的爆炸温度极限范围(乙醚的爆炸浓度极限范围为 1.7－2.7%)。

13.有机液体的自燃点遵循什么规律?它和闪点的变化规律有什么不同？为什么?

14.低初温或高闪点可燃液体的表面火焰传播主要分哪几个阶段？液面上火焰传播的原因是什么？液面火焰传播主要受那些因素的影响?

15.容器直径对油品的燃烧速度有何影响?结合火焰向液面传播的机理说明出现这种变化的原因。

16.在扑救油罐火灾时，为什么要对着火油罐进行水冷却?

17.油罐火灾的燃烧主要有哪几种形式?它们分别有什么特点?

l8.以敞开式燃烧为例，说明油罐火灾的火焰特点?并说明实际中低液位油罐火灾各阶段的主要特征。 

19.煤油罐的直径为15m，燃烧速度为75kg/m2h，煤油的燃烧热为43000kJ/kg，火焰向外的热辐射分量取0.3，火焰高度取1.2倍的油罐直径，求在离火焰轴线20m且表面与PT视线成45度角的受热体的热辐射强度。

20.何谓热波、沸溢和喷溅？简要说明沸溢和喷溅的形成过程，并说明有何异点?

21.能形成热波的重质油品在火灾燃烧时是否一定能形成沸溢或喷溅?

22.油罐火灾发生沸溢和喷溅分别有什么征兆?

23.已知黄岛油库5号非金属罐存原油16000吨，油温39℃，着火后抽出4100吨，罐内有69 根立柱，每根立柱横截面积为0.25ｍ２，罐长72m，宽48m， 原油比重0.，含水量为 0.5%， 燃烧线速度Vo＝0.l025m/h， 热波速度Vt=0.785m/h， 试求该油罐着火后喷溅发生时间?

24.某生产过程的操作温度为200℃，由于设备破裂，泄漏乙醇60T，求乙醇的闪蒸量（乙醇的定压比热为0.6kcal/kg℃，蒸发热为9.2kcal/ｍol， 沸点为78℃）

25.大量的苯泄漏后，约有8T蒸发形成蒸汽云，假定蒸汽云的爆炸温度为1600℃，估算其爆炸范围。

26.15T环己烷蒸发形成蒸发云，其爆炸使距离中心470m处的建筑物窗玻璃部分损坏，估计这一爆炸的TNT当量和爆炸效率系数。 

27.15T环己烷蒸发形成蒸汽云，且在硬地面上爆炸。利用表6—36求离爆炸中心250m处的冲击波超压值。

28.何谓液滴燃烧的直径平方线性规律?已知煤油、柴油的液滴直径为1mm，利用该定律求直径减小到0.5mm时各需要多少燃烧时间?(煤油、柴油液滴的燃烧常数分别为9.68×10－７、7.9×10－７m2/s)。

29.如何用爆炸温度极限判断可燃液体的蒸汽在室温条件下爆炸的危险性?

30.可燃液体的爆炸温度极限与可燃气体的爆炸温度极限的概念是否相同?

31.为什么电冰箱存放可燃液体不安全?

第六章 可燃固体的燃烧习题

1.分别举例说明可燃固体的燃烧有哪几种形式?其中哪种燃烧形式是火灾中最常见的?表面燃烧、异相燃烧和分解燃烧分别是如何定义的？

2.评定可燃固体物质火灾危险性的理化参数主要有哪些?热分解固体物质的闪点、燃点和自燃点为什么与受热时间有关?

3.试根据可燃固体表面的热量平衡情况分析可燃固体的引燃条件。

4.一厚度为1.2mm的幕布的密度、热容、导热系数及其与空气的对流换热系数分别为0.29g/cm3、1.1kJ/kg.K、0.15J/m.k、15W/m2.K。幕布的初温为20℃、燃点为270℃。求下列两种情况下幕布的引燃时间:  

(1)幕布垂直悬挂在310 ℃的热空气中；

(2)幕布一面受热通量为22KJ/m2.s 的辐射加热，另一面绝热(幕布的吸收率取0.85)。

5 .可燃固体的热惯性是如何影响其引燃的?下列几种固体表面火焰传播的情形中， 哪种情形火焰传播的速度最快?哪种最慢?为什么?

(l) 水平传播；(2) 竖直向上传播；(3) 竖直向下传播。

6.一横截面积为0.8m2 的有机玻璃棒被引燃后产生稳定燃烧。求：  

(1) 理想燃烧速度和实际燃烧速度； 

(2) 维持稳定燃烧时，固相反应区所需要的热量(导热系数为 1.9×104kW/m.k，假定燃烧时破璃棒表面温度380℃，环境温度20℃)； 

(3) 燃烧释热速率。

7.高聚物的燃烧主要包括哪几个阶段?它有哪些普遍性特点?其中含氧、含氮和含卤素高聚物的燃烧有什么主要特点?各举一例说明。

8.什么叫做氧指数?高聚物的氧指数与其燃烧特性有什么关系?

9.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?

10.简述影响木材燃烧速度的因素。

11.有一稻草垛堆场，其中每平方米地板堆放着400kg稻草，试估算该堆场着火后的燃烧时间 (巳知稻草的燃烧热为17450kJ/kg)

12.煤的燃烧与木材的燃烧有什么相似之处和不同点?

13.何谓内孔效应和覆盖效应?为什么木炭的燃烧比焦炭的燃烧容易和快得多?

14.何谓阴燃？它与有焰燃烧和无焰燃烧有什么区别？它与自燃有什么关系？

15.可燃固体发生阴燃的内外部条件分别是什么？阴燃燃烧可分为哪几个区域？各个区域分别有什么特点?

16.分别列举一例说明：可燃固体的阴燃在哪几种情况下可能向有焰燃烧转变?

17.在扑救棉、麻、草等堆垛的火灾时，用水扑灭表面上燃烧的火焰后，为什么还必须将堆垛拆散开来，进一步扑灭内部火焰?在火场上对于室内正在阴燃的房间，为什么不应突然打开门窗灭火?

18.金属的燃烧有些什么特点？在扑救金属火灾时如何选择灭火剂?