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锥形量热仪(CONE)是一种根据氧耗原理设计的测定材料燃烧放热的仪器。所谓氧耗原理是指,物质完全燃烧时每消耗单位质量的氧会产生基本上相同的热量,即氧耗燃烧热(E)基本相同。这一原理由Thornton在1918年发现,1980 年Huggett应用氧耗原理对常用易燃聚合物及天然材料进行了系统计算,得到了氧耗燃烧热(E)的平均值为13.1 kJ/g,材料间的E值偏差为5%。所以,在实际测试中,测定出燃烧体系中氧气的变化,就可换算出材料的燃烧放热。
具体公式为:Q = E(mO2 , ∞ - mO2)
这里, E =ΔHC/r0。对不同材料,ΔHC 与r0 的值各不相同,若ΔHC与r0 已知,可以求算相应的燃烧热。在实际测量中,通过测定O2 的体积分数变化以求得热释放率(q·)
上式中,α为氧耗空气部分的体积膨胀因子,α= 1 + ,β为燃烧产物同所需耗氧摩尔数之比,Φ为体积分数表示的氧耗率, 。
若取E=13. 1×103 kJ/kg,MO2/Ma=32/28.95=1.1, = 0. 2095, (ΔP 为压力差,Te 为烟道中温度; C 为标定常数),则当α= 1.105,β= 1. 5(甲烷燃烧气体) 时,锥形量热仪计算燃烧时的释放热量公式为:
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