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為什么外焰溫度最高

2022-10-27 科普知識

  外焰處于火焰的外層,無色。因供氧充足,燃燒完全,溫度最高,有氧化作用。下面是小編為大家整理的為什么外焰溫度最高,僅供參考,歡迎閱讀。

  為什么外焰溫度最高?

  因為燃燒是指強烈氧化現(xiàn)象。是需要氧氣參與,氧氣越多,反應(yīng)越劇烈,外焰比內(nèi)焰的氧氣多,反應(yīng)更劇烈,所以溫度更高;鹧媸强扇嘉锱c助燃物發(fā)生氧化反應(yīng)時釋放光和熱量的現(xiàn)象。

  燃燒

  在燃燒過程中,燃料、氧氣和燃燒產(chǎn)物三者之間進行著動量、熱量和質(zhì)量傳遞,形成火焰這種有多組分濃度梯度和不等溫兩相流動的復(fù)雜結(jié)構(gòu);鹧鎯(nèi)部的這些傳遞借層流分子轉(zhuǎn)移或湍流微團轉(zhuǎn)移來實現(xiàn),工業(yè)燃燒裝置則以湍流微團轉(zhuǎn)移為主。

  探索燃燒室內(nèi)的速度、濃度、溫度分布的規(guī)律以及它們之間的相互影響是從流體力學(xué)角度研究燃燒過程的重要內(nèi)容。由于燃燒過程的復(fù)雜性,實驗技術(shù)是探討燃燒工程的主要手段。

  絕熱火焰溫度

  當(dāng)燃燒釋放出的熱量全部用來加熱氣態(tài)產(chǎn)物時,產(chǎn)物的溫度就是絕熱火焰溫度。實際燃燒過程中的溫度要取決于釋熱和散熱兩個方面。絕熱火焰溫度雖然沒有考慮熱損失,但它是衡量可燃物特征的一個尺度,對火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘纫灿杏绊。因此,絕熱火焰溫度在許多燃燒問題中常被看作是一個相當(dāng)重要的熱力學(xué)量。某些文獻給出的定義是:在一個孤立系統(tǒng)中的放熱反應(yīng),如使混合物從一個規(guī)定的初始壓力和初始溫度經(jīng)過定壓且絕熱的過程達到化學(xué)平衡,系統(tǒng)達到的最終溫度稱為絕熱火焰溫度T。由于沒考慮熱損失,又稱“理論火焰溫度”;由于與有熱損失的各種情況比較,這時達到的溫度將是最高的,故又稱“最高燃燒溫度”。不過這一定義并未考慮空氣和燃料的比例和惰性添加劑的影響,所以并不代表在最佳空燃比下所能達到的最高溫度。

  如果燃燒前的反應(yīng)物和燃燒后的最終產(chǎn)物的成分都是已知的,則絕熱火焰溫度可根據(jù)能量守恒原理求出。

  詳細介紹

  由于火焰溫度對化學(xué)反應(yīng)速率所起到的作用,火焰溫度可能是燃燒最重要的一個性質(zhì)。火焰溫度既可以通過實驗測量出來,又可以通過計算得到。為了方便起見,引入了絕熱火焰溫度的概念。絕熱火焰溫度指的是,在一定的初始溫度和壓力下,給定的燃料(包含燃料和氧化劑),在等壓絕熱條件下進行化學(xué)反應(yīng),燃燒系統(tǒng)(屬于封閉系統(tǒng))所達到的終態(tài)溫度。在實際中,火焰的熱量有一部分以熱輻射和熱對流的方式損失掉了,所以絕熱火焰溫度基本上不可能達到。然而,絕熱火焰溫度在燃燒效率和熱量傳遞的計算中起到很重要的作用。對于高溫火焰(高于1800K),燃燒產(chǎn)物發(fā)生了分解反應(yīng),不但體積增大,還吸收了大量的熱量。在低溫時,化學(xué)當(dāng)量比混合物或者貧燃料混合物燃燒后的產(chǎn)生應(yīng)該只有CO2和H2O,然而這些產(chǎn)物很不穩(wěn)定,只要溫度稍高一點,就可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)槌珊唵蔚姆肿、原子和離子形式。相應(yīng)地在轉(zhuǎn)變過程中,能量被吸收,最大火焰溫度也相應(yīng)地被減小了。

  火焰顏色為什么不一樣?

  火焰的實質(zhì)是高溫的氣態(tài)或等離子態(tài)的物質(zhì)。有兩種因素決定火焰的顏色:

  一是火焰的溫度決定火焰的顏色,火焰是一種反應(yīng)。低溫的時候是紅外線,隨著溫度的上升,火焰從紅色橙色(3000度)到黃色白色(4000度)到青色藍色(5000~6000度)到紫色(7000以上)到最后看不見的紫外線(幾萬度),顏色在不斷改變。從高能物理來說,紅外線,有色光譜段的火焰都是低能量的火焰,溫度繼續(xù)高下去,火焰的顏色從紫外線到x線到伽馬線等等,這些都是無法形容的“顏色”。

  二是氣態(tài)和等離子態(tài)物質(zhì)的元素構(gòu)成決定火焰的固有光譜,元素表的每種元素高溫下都會發(fā)出自己特定的光色,常見的比如鈉會出現(xiàn)黃色,鉀是紫色,銅是綠色,化合物的光色是一種雜色,因為有許多種類的元素在發(fā)光。這也就是各種火焰的顏色不一樣的緣故。(詳見焰色反應(yīng))

  外焰溫度最高原因

  酒精燈的火焰可分內(nèi)焰(也稱還原焰)和外焰(也稱氧化焰)。內(nèi)焰,是指靠近燈芯的部分,色較暗,溫度也較低。 外焰,是指較遠離燈芯的火焰,色較明亮。由于緊靠火焰之外的空氣,空氣中的氧起助燃作用,使得外焰的溫度明顯高于內(nèi)焰。 其實,酒精燈火焰溫度最高之處是在火焰的上方(頂端)。該處火焰呈現(xiàn)微藍色,從空氣中得到助燃的氧最多,是燃燒最充分的地方,所以溫度最高。

  如需要做硼砂錳珠球反應(yīng),在酒精燈內(nèi)焰處燃燒,錳離子在還原環(huán)境中呈現(xiàn)黃色;當(dāng)在外焰頂端燃燒時,錳離子在氧化環(huán)境中就呈現(xiàn)高價錳的紫色。

  你知道溫度最高的火焰是什么顏色嗎?

  溫度最高的火焰在色譜上是紫色,在可見光譜上是白色。除了火焰溫度之外,燃料和雜質(zhì)的類型也影響火焰的顏色。

  火產(chǎn)生的熱量取決于燃燒的燃料類型和燃料與氧氣反應(yīng)時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。燃料本身在燃燒過程中變成氣體,分解成更小的分子、離子、原子和自由基。燃燒產(chǎn)生的一些氣體包括:

  一氧化碳、氰化氫、二氧化碳、氯化氫、二氧化硫等。

  一旦氣體形成,燃燒就發(fā)生了,各種分子與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生熱和光,稱為火;鸬钠胀ㄉV跨越了從相對冷到非常熱的范圍。

  紅色是相對較冷的火,紫色是非常熱的火。肉眼來看,第一個可見的火焰通常是暗紅色的,而最熱的火焰是白色的。紅色火焰是500到800攝氏度,而白色火焰是1600攝氏度或更高。值得注意的是,顏色并不總是溫度的決定因素,因為某些化學(xué)物質(zhì)可能會使火焰得更熱。

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