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燃燒科學(xué)中的“火三角”和“火四面體”

2025
01-14

07:16:55

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來源:廣州市明樂儀器有限公司
  什么是燃燒?
 
  燃燒是物體快速氧化,產(chǎn)生光和熱的過程。而燃燒的一個劇烈形式之一“爆炸”,則是在一個有限的空間迅速燃燒的過程。
 
  燃燒的三要素是什么?
 
  很早以前,人們就知道燃燒需要三種要素并存才能發(fā)生,分別是可燃物如燃料、助燃物如氧氣、以及溫度要達(dá)到燃點(diǎn)。
 
  什么是“火三角”模型?
 
  人們將上述三要素整理成一個“火三角”模型。“火三角”闡明了一場火的燃燒之規(guī)律,只要齊備以下三種元素:熱量、燃料及氧氣,一場火方能成功燃燒,缺一不可。
 
  因此,我們可以根據(jù)這個模型,調(diào)整、撲滅、引發(fā)燃燒。通過控制氧氣含量或者調(diào)整氧氣與燃料的配比,能夠得到燃燒、非燃燒。燃燒一般被認(rèn)為是合理的,如果沒有特殊的工藝要求,我們應(yīng)將燃燒控制在盡可能的程度。有時,為了得到還原性的煙氣,我們需要將燃燒控制到非燃燒狀態(tài),這種燃燒往往被稱為“還原焰”。在一些情況下,我們需要得到氧化氣氛,會控制到煙氣中含有較多過量的氧。
 
  理解火三角對于消防也很重要,我們可以通過降溫、移除可燃物、阻斷空氣等方式滅火。
 
  什么是“火四面體”?
 
  隨著技術(shù)的發(fā)展,人們認(rèn)識到火三角在一些情況下并不準(zhǔn)確,火三角沒有考慮到燃燒時的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。
 
  可燃物在燃燒前會裂解為簡單的分子,分子中的共價鍵在外界因素(如光、熱)的影響下,裂解而成化學(xué)活性非常強(qiáng)的原子或原子團(tuán)──稱為游離基。有氫原子、氧原子及羥基等。
 
  大多數(shù)的有火焰燃燒都存在著鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。當(dāng)某種可燃物受熱時,它不僅會氣化,而且該可燃物的分子還會發(fā)生熱裂解作用,即它們在燃燒前會裂解為簡單分子,活性很強(qiáng)的游離基。由于游離基是一種高度活潑的化學(xué)形態(tài),能與其他的游離基及分子產(chǎn)生反應(yīng),而使燃燒持續(xù)下去,這就產(chǎn)生了燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
 
  火四面體模型圖
 
  有時,不考慮鏈?zhǔn)椒磻?yīng)去處理一聲火災(zāi),可能會帶來巨大的危險。比如金屬鎂的燃燒,按常規(guī)噴水的話,將助推鎂的劇烈鏈?zhǔn)椒磻?yīng),導(dǎo)致越燒越旺。
 
  而對于反應(yīng)釜、冶煉爐等特殊工業(yè)窯爐而言,理解火四面體模型,則顯得尤為重要。
 
  總之,燃燒是一個快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù),未來的深化研究也會繼續(xù)下去。
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