阻火器的工作原理
发布时间:2020-06-26 23:07:07
阻火器的工作原理
关于阻火器的工作原理,目前主要有两种观点:一种是基于传热作用;一是器壁效应。
(1)传热作用 阻火器能够阻止火焰传播并迫使火焰熄灭。燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度,即着火点。低于着火点,燃烧就会停止。依照这一原理,只要将可燃物的温度降到着火点以下,可以使火焰熄灭,就可以阻止火焰的蔓延。阻火器是由许多细小的空隙和通道组成。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰流,由于通道或空隙的传热面积很大,火焰通过时即进行热交换,当火焰温度下降到一定温度时火焰即熄灭。在设计阻火器的内部阻火元件时尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积,强化传热,使火焰温度降低到着火点以下,达到阻止火焰蔓延的目的。根据英国罗贝尔对阻火器进行实验表明:传热作用对阻火器熄灭火焰不是主要的,而是器壁效应起主要作用。
(2)器壁效应 根据燃烧与爆炸连锁反应理论,认为燃烧与爆炸现象的产生并不是分子直接作用的结果,而是受外来能源(热能辐射能电能光能化学反应能等)的激发,分子键受到破坏,产生具备反应能的分子(称为活化分子),这些活化分子在发生化学反应时,首先分裂出十分活跃而生命短促的自由基。化学反应就是靠这些自由基进行的。自由基与其他分子相撞,生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其他分子发生反应。当燃烧的可燃气体通过阻火元件的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时,自由基与反应分子之间的碰撞几率随之减少,自由基与通道壁的碰撞几率增大,当自由基与通道壁的碰撞占主导地位,由于自由基数量急剧减少,当化学反应自由基销毁速率大于产生速率时,反应不能继续进行,当通道尺寸减少到一定程度时,这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件,火焰即被阻止,也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。
但是在大多数情况下,阻火器的传热效应和碰撞效应同时存在。火焰发生淬熄的过程如图1所示,爆燃火焰在狭缝中淬熄主要是由于火焰面的化学反应放热与散热条件不匹配引起的。火焰以速度υ进入狭缝时,火焰面内靠近狭缝冷壁处作为化学反应活化中心的自由基和自由原子与冷壁相碰撞放出其能量,这相当于反应区的热量流向冷壁边界,从而当火焰面到达一定距离时,在壁面附近产生了熄灭层。随着火焰面的运动,熄灭层厚度不断增大,以至于自由基进入熄灭层内就被复合成分子并放出能量,而仅有少量自由基能穿透熄灭层与冷壁相撞。在后续进程中,火焰在该狭缝内完全淬熄。能使火焰发生淬熄的通道直径称为淬熄直径,用D来表示。火焰在具有淬熄直径D的通道上传播到熄灭之前的那段距离称为淬熄长度,用L来表示。