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物质自燃特性参数测定
日期：2016-03-31|作者：admin |人气：
实验目的1.理解弗兰克-卡门涅茨基自燃模型中有关参数的物理意义；
2.掌握实验测定自燃氧化反应活化能的方法；
3.利用F-K模型和实验测得的有关参数，判断在环境条件下固体可燃物发生自燃的临界尺寸，即利用小型实验结果推测大量堆积固体发生自燃的条件。
实验原理
热自燃理论认为，着火是体系放热因素与散热因素相互作用的结果。如果体系放热因素占优势，就会出现热量积累，温度升高，反应加速，发生自燃；相反，如果散热因素占优势，体系温度下降，不能自燃。对于毕渥特数Bi较小的体系，可以假设体系内部各点的温度相同，自燃着火现象可以用谢苗诺夫自燃理论来解释。但对于毕渥特数Bi较大的体系(Bi>10)，体系内部各点温度相差较大，必须用弗兰克一卡门涅茨基自燃理论来解释。该理论以体系终是否能得到稳态温度分布作为自燃着火的判断准则,提出了热自燃的稳态分析方法。
可燃物质在堆放情况下,空气中的氧将与之发生缓慢的氧化反应,反应放出的热量一方面使物体内部温度升高,另一方面通过堆积体边界向环境散失。如果体系不具备自燃条件,则从物质堆积时开始,内部温度逐渐升高,经过一段时间后,物质内部温度分布趋于稳定,这时化学反应放出的热量与边界传热向外流失的热量相等。如果体系具备了自燃条件,则从物质堆积开始,经过一段时间后，体系着火。很显然，在后一种情况下，体系自燃着火之前，物质内部温度分布不均。因此，体系能否获得稳态温度分布就成为判断物质体系能否自燃的依据。
理论分析发现，物质内部的稳态温度分布取决于物体的形状和δ值的大小。这里，δ表征物体内部化学放热和通过边界向外传热的相对大小。当物体的形状确定后，其稳态温度分布则仅取决于δ值。当δ大于自燃临界准则参数δcr时，物体内部将无法维持稳态温度分布，体系可能会发生自燃着火现象。这里，δcr是把化学反应生成热量的速率和热传导带走热量的速率联系在一起的无因次特征值，代表临界着火条件。
实验器材及要求
1. 电热鼓风干燥箱：有数显控温和电脑控温两种，温度范围：R.T+10～300℃，控温精度±1.0℃，频率：50±0.5Hz。其结构简图如图1所示。
该干燥箱为鼓风电热式，依靠鼓风机使空气强制流动来满足技术指标，采用拼块组装立式结构，内胆用不锈钢板制造，整个电气控制系统置于箱体底部，各电器元件都固定于小电气底板上，线路清楚，维修方便。各开关、指示等集于一控制面板上，安全可靠。在门内有玻璃内门，使用方便，门上的蜜蜂密封采用硅橡胶条隔热密封。用铂电阻作感温元件，由放大或电脑的CPU处理，控制可控硅调动，自动进行控温。
2.大型长图自动平衡记录仪XQCJ-200，双笔记录，走纸速度有以下几档：30/60/120mm/h，300/600/1200 mm/h，其各组部件位置简图如图2所示。
3.K型热电偶，2m，两支，测温精度±0.5℃。
4.丝网立方体3，4，5，6，7，8cm各一个。
实验材料
活性炭粉末（粒径较细并均匀）或浸有桐油的锯末
实验内容及方法
1.装试样
将活性炭粉末装入不同的丝网立方体内（注意一定要装满装平），然后将立方体丝网平放入电热鼓风干燥箱的中心位置。两个K型热电偶中一个检测试样中心温度，保证其探头插入试样中心，为避免振动而引起热电偶移动，用细铁丝将其紧固在托盘上；另一支热电偶测定炉温，放置在立方体一侧，要求尽量接近立方体，但又不能与其接触，同样用细铁丝将其紧固在托盘上，关闭玻璃门与干燥箱大门。
2.设定X-Y函数记录仪
调节走纸速度为60mm/h；将红色和蓝色记录笔头插入标尺上的笔杆（注意：蓝色记录笔头在内，红色记录笔头在外），要求松紧适当，以防脱落或影响工作。然后依次打开函数记录仪的电源开关、走纸控制开关、两个记录笔的开关。
3.设定干燥箱的工作温度，仪器开始加热升温
开启电热鼓风干燥箱的电源开关，同时打开辅助加热开关，根据预测的自燃温度，设定一高出其一定温度的干燥箱工作温度，应注意所设温度不得高于干燥箱允许的高工作温度（一般为300℃，温度设定方法见后面说明），超温报警温度设定为305℃，仪器开始加热升温。
4.数据记录
要求每隔三分钟记录一组数据：环境温度、体系温度，并计算环境温度与体系温度的差值以及相邻时间的体系温度差值。试验时不能随意打开控温炉。注意观察试样中心温度的变化规律，从X-Y函数记录仪上的温度-时间曲线判断试样是否发生了自燃。一直记录数据到体系温度超过环境温度时为止。
5.实验结束后，依次关闭两个记录笔开关、走纸控制开关、记录仪电源开关，将记录笔头取下并盖上笔套。关闭辅助加热开关，将干燥箱工作温度设定到室温（20℃），打开箱体大门与玻璃门，让鼓风系统继续工作，直到工作室温度降低到室温附近时，再关闭电源开关。将立方体丝网取出，倒掉试样（注意试样过热时不要倒在塑料容器中），清理干燥箱内部。同一尺寸试样测得若干个温度后，取其中发生自燃的低温度为低超临界自燃温度，用Tsuper来表示；取其中不发生自燃的高温度为亚临界自燃温度，用Tsub来表示。
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