燃烧学考试大纲

1、燃烧学课程考试大纲1 燃烧学的发展史答：18世纪中以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论：物质是否燃烧被归于是否含有燃素。十八世纪中叶，罗蒙诺索夫（1756）、拉瓦锡（1777）首先正确阐明燃烧的本质：可燃物质氧化的学说。十九世纪：热化学及热力学的发展，燃烧过程被作为热力平衡系来研究，得出了燃烧过程中一些重要的静态特性参数：燃烧热、绝热燃烧温度、燃烧产物平衡成份的规律性等。二十世纪初，刘易斯(B.Lewis)、谢苗诺夫研究了化学反应动力学机理，提出化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，并发现燃烧反应具有链锁反应的特点，从而奠定了燃烧理论

2、的基础。二十世纪二十年代到四十年代，俄国化学家谢苗诺夫等人由反应动力学和传热传质相互作用的观点，首次从定量关系上建立了着火及火焰传播的经典燃烧理论。人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不是反应动力学而是传热传质；四十年代到五十年代，基于扩散燃烧或扩散动力燃烧的观点开始研究了液滴和炭粒燃烧；五十年代来到六十年代，美国理学家冯·卡门（Vol Karman）和钱学森首先提出用连续介质力学来研究燃烧，逐步建立了“化学流体力学”或者“反应流体力学”；七十年代初，斯帕尔丁（D BSpa1ding）等一批学者系统地把计算流体力学方法用于研究层流及湍流气体燃烧，液雾及煤粉燃烧，建立了燃烧的数学模拟方

3、法及数值计算方法，形成了“计算燃烧学”的新领域 2化合物的生成焓、反应焓和燃烧热答： 1）化合物的生成焓：化合物的构成元素经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。2）反应焓：当反应是在特定的温度和压力下进行时，反应物和生成物具有相同的温度和压力，此时生成物与反应物之间的焓值之差为该反应的反应焓。3）在101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量。3热力学平衡及化学平衡的概念答：1）热力学平衡的概念：在没有外界影响的条件下，如果某个系统各部分的宏观性质（如系统的化学成分，各物质的量，系统的温度、压力、体积、密度等等）在长时间内不发生任何变化，则称该系统处于热力学平衡

4、状态。不受外界影响的任何系统，总是单向地趋向平衡状态。2）化学平衡的概念：化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。4化学反应速率、质量作用定律及可逆反应的平衡常数答： 1）化学反应速率：就是化学反应进行的快慢程度，用单位时间内反应物或生成物的物质的量来表示。在容积不变的反应容器中，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。2）对于基元反应，质量作用定律指出，某种反应物质消失的速率正比于参加反应的各种物质浓度的乘积，其中每种物质浓度的幂等于相应的化学计量系数，即：，式中的、称为反应中相应成分的反应级数。是该反应的反

5、应级数。3）按质量作用定律，在化学平衡时：令正向反应的速率常数和逆向反应的速率常数之比为平衡常数5 平衡常数和标准反应自由能的关系答：在反应的标准摩尔Gibbs自由能变DrGm°与标准平衡常数之间也存在着如下关系式：DrGm°-RTlnK°6 温度和压力对平衡常数的影响答：标准平衡常数与温度的关系为：，其中为标准平衡常数，为标准摩尔反应焓。标准平衡常数与压力无关。7.阿累尼乌斯定律答： 阿累尼乌斯在大量试验后发现，反应速率与温度的关系可表示为： k=k0e-Ea/RT式中，k为反应温度T时的反应速率常数；k0、Ea分别成为频率因子和活化能，均是由反应特性决定的常数

6、，他们与反应温度无关，故该定律反映了温度对反应速度的影响。8 链锁反应分类及概念答：整个反应是由若干个相继发生或相继平行发生的基元反应所组成，整个反应过程是由那些基元反应连续不断的反复进来完成的。这种反应过程就像链环一样，紧密的联系在一起，因而被称为链锁反应。链锁反应分类：1、直链反应：活性中间产物的数目保持不变的反应2、分支链反应：活性中间产物的数目随着链锁循环次数增加而增多的反应9热自燃理论答：谢苗诺夫的可燃混合气热自燃理论：有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其分子浓度为n(1/m3)，容器的壁温为T0(K)，容器内的可燃气体混合物正以速度wn(1/m3s)在进

7、行反应，化学反应后所放出的热量，一部分加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部分则通过容器壁而传给周围环境。假设：（1）容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。（2）在反应过程中，容器V内各处的反应速度都相同。（3） 容器的壁温T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温差。（4） 在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计图中 q1为放热曲线q2为散热曲线B点为着火临界点Tb为着火温度T0为自燃温度T0Tb之间的时间为着火感应期结论：自燃温度T0显然与混合气的浓度（或压力）、反应级数v、活化能E和散热情况（aS）有关。

8、可燃混合气的活性很强（即值小），则具有较低的自燃温度；散热条件加强时（即值增大），则自燃温度升高；可燃混合气的压力升高时，将使自燃温度降低。10强迫着火、熄火概念答：强迫着火：用炽热的高温物体使混合气的一小部分着火，形成局部的火焰核心；然后这个火焰核心再把邻近的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从而使整个混合气燃烧起来。熄火：当反应器正在以显著的反应速率进行操作时，若降低进料入口的温度，使它达到多重态区域的下限，反应速度会突然大幅度下降，反应基本上停止。这个现象称为熄灭11 火焰传播和火焰稳定火焰传播：可燃气体混合物的局部首先着火，着火部分向未燃部分传递热量和活性因子，使之相继着火的过程

9、成为火焰传播火焰稳定：要求燃烧设备中火焰稳定在一定位置，即在一定位置着火，按一定的速度发生剧烈反应，并在一定位置燃尽和离开燃烧室12层流火焰传播速度及概念预混可燃气体与流速不高（层流状态）的火焰传播称为层流燃烧；可燃气体混合物的局部首先着火，着火部分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之相继着火的过程称为火焰传播；沿火焰锋面的法向，火焰移动的速度称为火焰传播速度；层流火焰传播速度很低，un通常在1m/s以下.13 影响层流火焰传播速度的因素、火焰传播界限及淬熄距离影响因素：压力的影响：（压力对火焰传播速度的影响较小）压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低时，可以使增大到几十毫米。火焰越厚，火焰向管

10、壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低 。温度的影响：温度增加，火焰传播速度增加。因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多，因此温度对火焰厚度的影响不大。混气成分的影响：存在一个最佳混气成分，这时火焰传播速度最大。对每一种混气，都存在一个火焰传播的浓度界限，当混气太贫或太富时，火焰就不能传播。 混气性质的影响：导温系数增加，活化能减少或火焰温度增加时，火焰传播速度增大。 燃料性质：烷烃含碳量越高，火焰传播速度越大；烯烃和炔烃含碳量越高，火焰传播速度越小。添加剂：加入惰性气体后，火焰传播速度变小；加入可燃物后，火焰传播速度变大。火焰传播界限：指在预混可燃混合气中，火焰得以传播的燃料与空气配合比例范围

11、。由火焰传播下限和火焰传播上限构成。淬熄距离：当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离14 湍流火焰传播速度概念湍流火焰传播又叫湍流燃烧，是根据气流流动情况，预混气中火焰传播的一种方式.火焰传播分为层流火焰传播（层流燃烧）和湍流火焰传播（湍流燃烧）. 、特点: 1.湍流火焰传播速度较层流大几倍，不仅与燃料的物理化学性质有关，而且与湍流性质有关，湍流强度增大，将使湍流火焰传播速度增加，火焰更短。 2.燃烧室尺寸更紧凑，加上向外散热损失小，因此燃烧设备的经济性好。3.湍流火焰伴随着噪音。4.湍流火焰的燃烧产物内氧化氮（NO）

12、含量少，因而对环境的污染小。15 高速混气流中火焰稳定原理及稳焰方法原理：基于“回流区点燃模型”的火焰稳定理论，火焰的稳定取决于回流区的高温燃气传给邻近回流区边界的新鲜混合气中去的热量。而基于“回流区的燃烧模型”的火焰稳定理论：火焰的稳定的条件是放热的速度等于散热的速度。方法：1.利用引燃火焰稳定火焰2.利用钝体稳定火焰。具体的：1.利用气体的旋转稳定火焰。2.利用逆向喷流稳定火焰3.利用燃烧室壁凹槽稳定火焰4.利用带孔圆筒稳定火焰5.利用流线形物体稳定火焰6.利用激波稳定火焰。16 煤、液态燃料、气态燃料特性煤具有挥发性，焦结性，熔融特性，和煤的结渣性。与煤相比，液体燃料具有热值高、灰分含量

13、低，易燃烧、便于运输和贮存、污染物排放低的特点。气体燃料输送方便，易着火，易燃尽，含灰少，使用方便，CO有毒，大多数气体易爆炸，注意防爆。17何谓燃料？我国的燃料状况如何？所谓燃料是指是各种（有机和无机）复杂化合物的混合物，通过燃烧可以将其化学能转化为热能的物质。我国燃料状况，石油和煤炭等化石燃料的占比较大。2009年，我国一次能源生产总量中煤炭占77.5%、石油9.4%、天然气3.8%,其他占9.3%；2009年，我国一次能源消费总量中煤炭占70.0%、石油17.8%、天然气3.9%，其他占8.3%。 这种状况短期内难以改变。18何谓燃料的元素分析？试述常用燃料的元素分析组成。燃料的元素分析

14、是指对燃料中每种组分的含量进行测定，并用该组分的质量百分比表示。测量项目有C、H、O、N、S、水，灰分。常用的元素分析组成基准如下：收到基：以收到状态下包括全部组分在内的燃料成分为重量作为计算基准，各组分在收到基燃料中的质量百分数称为收到基组分。关系为：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100燃料燃烧计算时采用收到基成分，其中Mar是燃料的全水分。空气干燥基，即是以除去外在水分后的燃料成分总量作为计算基准，此时燃料中剩余水分仅为内在水分。关系为：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100空气干燥基适用于实验室分析干燥基，即以出去全部水分的燃料总量作为计

15、算基准，测量时必须将燃料加热到100度以上，以除去内在水分，关系为：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100用干燥基来表示燃料的灰分含量更为准确。干燥无灰基，即以除去水分和灰分后的燃料总量作为计算基准，关系表示为Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100常用干燥无灰基表示燃料的挥发份含量。20何谓煤的工业分析？为什么要进行煤的工业分析？答:煤的工业分析是将一定重量的煤加热到110，使其水分蒸发，测出水分含量，再在隔绝空气下加热到850，测出挥发分含量。然后通空气使固定碳全部燃烧，以测出固定碳和灰分含量。挥发分多的煤干馏时可以得到较多的煤气和焦油，燃烧时火焰较大;固定碳多的煤，干

16、馏时焦炭收率高。所以煤的工业分析对确定煤的使用是重要的。22何谓燃料的发热量？不同基的发热量如何换算？燃料的发热量就是燃料完全燃烧放出的热量。可以分为高位发热量，低位发热量。高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qgr,ar（收到基高位发热量）低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qnet,ar（收到基低位发热量）2.收到基低位发热量和收到基高位发热量之间的换算见下式：23试述常用燃料发热量的大致范围。固体燃料：无烟煤的收到基地位发热量为：Qnet,ar =2532.5 MJ/kg;烟煤的收到基地位发热量为：Q

17、net,ar =2030 MJ/kg;劣质贫煤的收到基地位发热量为：Qnet,ar =1112.5 MJ/kg;褐煤的收到基地位发热量为：Qnet,ar =1021 MJ/kg;气体燃料：天然气的热值为：3555 MJ/m3;液化石油气的热值为：100 MJ/m3;焦炉煤气的热值为：20 MJ/m3;发生炉煤气的热值为：5.6 MJ/m3;高炉煤气的热值为：3.7 MJ/m3;液体燃料：重油的收到基地位发热量为：Qnet,ar =3842 MJ/kg;24何谓可磨系数？原煤被研磨成粉的难易程度称为可磨性，研磨成粉难易程度的指标称为可磨性系数。其物理意义是：一定量风干状态下的标准煤样与待测煤样，

18、从相同原始粒度磨碎到相同细度时所耗能量之比即称可磨性系数Kkm。25试述无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤的主要特征。 无烟煤：有黑色光泽，均匀而无明显分层，含碳量最高 ；在使用性能上，组织致密而坚硬吸水性小，可燃性差，不易着火。贫煤：质地疏松，吸水性强；使用性能上，挥发分含量高，可燃性好，含硫量低。烟煤：挥发成分少，吸水性较小，含碳量较高，有黏结性，工程燃烧领域应用最广。褐煤：密度较大，含碳量较高，水分和挥发性减少；使用性能上，黏结性性差，极易氧化和自燃，吸水性教强 26何谓煤的特种分析？为什么要进行特种分析？特种分析包括那些方法？ 煤的特种分析是指在规定条件下对煤中所含有的水分、灰分、挥发分以及固定

19、碳的百分含量的测定。     进行特种分析的原因是在常规分析中不能解决一些煤燃烧时的问题，通过对煤进行特征分析，可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途，根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等。   特种分析方法包括热重分析着火指数炉 沉降炉一维燃烧炉热显微镜法重力筛分法比表面积测定灰渣的粘温特性。27 燃烧过程的热工计算方法见燃烧学第三章，P23P4428扩散燃烧与动力燃烧概念化学反应进行得很快，燃烧的快慢主要取决于混合速度，而与化学反应速度关系不大，

20、由于混合过程是通过分子扩散或气体扩散完成的，因此把这类燃烧称为扩散燃烧；若混合过程进行得很快，燃烧的快慢主要取决于化学反应速度，而与混合过程关系不大，因此把这类由化学动力因素控制的燃烧称为动力燃烧。29 射流流动特征直流自由射流：射流不断与周围进行质量、动量和能量交换，射流越来越宽，速度越来越低。射流初始段：射流轴线速度仍保持初始速度的阶段射流基本段：射流初始段以后的射流区段，轴线速度随着射流发展逐渐减小射流过渡截面：射流初始段和射流基本段的分界面射流核心区：射流速度保持初速度的区域，圆锥形射流外边界：射流外侧速度为零点的包络线射流内边界：速度等于出口速度与速度小于出口速度的射流分界面射流边界

21、层：射流核心区以外，外边界以内的区域流极点：射流外边界延长线的交点旋转射流：强旋流的回流区可提供点火热源，实现稳定燃烧扩散角大，初期混合强烈，射程短，后期混合弱，射流中心有负压区30 扩散火焰结构及特征燃烧时燃料与空气尚未混合，而是边扩散边燃烧，燃烧所用的氧气全靠外界扩散获得，称为扩散控制燃烧，扩散燃烧，其火焰称为扩散火焰特征：火焰面上，化学当量比等于1。燃烧产物浓度最高，温度最高。碳氢化合物在缺氧条件下，可受热分解产生炭黑，形成光亮火焰，同时可能带来未完全燃烧损失和环境污染。31预混火焰结构及特征答：预混射流（燃料和空气混合物）直接形成的火焰，又称为反应动力火焰或动力火焰。一次空气全关，燃料

22、所需空气全部由外部供给，火焰很长，发出黄色亮光，且不时冒黑烟，只有外焰。一次空气的当量比远远小于1，燃料与一级空气在第一个内火焰处开始燃烧，因为氧量不足，预混气中的氧耗尽后，煤气没有烧完，靠二级空气来燃烧，火焰变短，内外焰。一次空气的当量比小于1，火焰变短，变亮，内外焰。一次空气的当量比等于1，火焰只有一层，更加明亮。一次空气的当量比大于1，火焰变长，只有一层。32试述谢苗诺夫的热力着火理论。答：谢苗诺夫认为容器内混合气的温度和浓度是均匀的，它们只随时间而变化，他提出假设：有一个体积为V，表面积为A的容器，内部充满了温度为T0，浓度为0的可燃混气。开始时，混气的温度与外界环境温度一样，反应过程

23、中，混气的温度为T，并且随时间而变化，这时容器内的温度和浓度仍是均匀的。外界和容器壁之间有对流换热，对流换热系数为，它不随温度变化。反应放热：容器散热：q1与q2 相交：一般情况下，放热率q1曲线和散热率q2曲线有两个交点, A点和C点。A点稳定。当外界有微小扰动时，如T ，则 q2 > q1 ，散热>放热，T，回到A点;当T ，q2 < q1 , 散热<放热，T ，回到A点。 A点温度低，称为熄灭状态。C点不稳定。轻微扰动将使C点失去平衡。 C点以下熄灭， C点以上着火。 q1与q2 相切：5.B点是临界状态，也是不稳定的。只要环境介质温度略高于T0，则q1和q2就没

24、有交点了，必然导致反应混合气的着火。33何谓绝热火焰温度？答：燃料在绝热条件下完全燃烧所能达到的温度称为绝热燃烧温度，又称为绝热火焰温度。34分析影响热力着火的因素。答：燃料的比表面积：比表面积越大，散热面积越大，散热率增加，使着火条件变差，着火温度升高，推迟着火。环境条件：散热系数越大，燃烧条件变差，着火温度升高，着火推迟环境温度：环境温度升高，散热曲线右移，着火温度降低，着火提前容器体积：容积体积减小，相对热量损失增加，则相对生成热量减少，会使系统变得不能着火，即升高着火温度压力：压力越高，密度越大，容器的温度较高，促进着火，即降低着火温度反应成分：反应成分影响释热曲线和散热曲线，改变着火

25、温度35何谓自燃？何谓点燃？答：自燃：分为连锁自燃和热自燃两种。连锁自燃：燃料和氧化剂混合，在一定的温度和压力下，当其中活性中间产物的增值率超过了它的衰减率时，经过一段感应期后，就会使反应物燃烧或爆炸，这就是连锁自燃。热自燃：将燃料和氧化剂均匀加热，当加热到某一温度时就发生着火的现象，就叫做热自燃。所谓点燃，是指用电火花或炽热物体等高温的外界热源使混合物局部区域受热而着火。然后火焰向混合物的其余部分传播，使整个反应体系燃烧。36简述点燃条件下的零值梯度理论。答：a.单组分无反应气体流过加热平板层流边界层，当x趋于无限大，壁面温度梯度趋于零。b.多组分有反应气体流过加热平板，板温略高于冷气体温度

26、时，反应使温度分布缓慢变形，到某一x 距离，壁面温度梯度可能成为零，但显然无着火。c.多组分有反应气体流过加热平板，板温很高（如近于10000c）时，着火可能发生于某一个x 距离处，此后温度分布产生峰值。d.可以规定壁面温度梯度为零处为着火距离，因为此后热将由气体传给壁面。e.若板长 L 小于xi，点燃不成功。点燃成功的条件可用零值梯度来表示：即：点燃成功点火失败37试述影响层流火焰传播速度的因素。答： 第一，可燃混合气体初温的1.52次方与速度成正比。第二，绝热火焰温度，u正比于exp（-E/RT）。第三，压力的影响。速度正比于p的（n/2-1）次方，n为反应级数，通常为12。第四，燃料的性

27、质。烷烃燃料，烷烃含碳量越高，火焰传播速度越大；烯烃和炔烃含碳量越高传播速度越小。第五，添加剂，加惰性气体速度变小；加可燃物，速度变大。38何谓火焰的稳定性？答：工程上希望燃料和氧化剂保持稳定的化学反应和释放热量，以便于控制和工程应用。因此常要求燃烧设备中火焰稳定在一定位置，即在一定位置着火，按一定速度发生剧烈反应，并在一定位置燃尽和离开燃烧室。即没吹熄（脱火），没回火，火焰区位置和体积稳定。39试述湍流火焰的特性。 答：实际各种燃烧装置中的燃烧过程往往都是湍流燃烧过程，燃烧在湍流物中进行，即为湍流燃烧，形式为：a）预混气（燃料气与空气预混）b）扩散（燃料气与空气扩散），其产生的火焰为湍流火焰

28、。 以本生灯为例，在湍流工况时，火焰根部前沿厚度增加不多，但在火焰锥顶部，火焰明显的变得很厚。在湍流工况下，火焰前沿很明显出现了脉动和弯曲，试验发现由于湍流脉动的结果，使得湍流火焰的高度比层流短得多。 与层流火焰相比较，湍流火焰（渐变过程）的特性为：a）火焰长度缩短，焰锋变宽、b)火焰不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰前沿出现脉动和弯曲、c)收光区模糊，有较宽的反应区域、d)有明显的噪音、e)火焰传播快。 40试述影响湍流火焰传播速度的因素。答：脉动速度、层流火焰传播速度及混气浓度是影响湍流火焰传播速度的主要因素。 湍流火焰可有三种模型：小尺度强湍流、大尺度弱湍流、大尺度强湍流；并且a

29、）小尺度湍流情况下,湍流火焰传播速度不仅与可燃混气的物理化学性质有关(即与ul成正比),还与流动特性有关(即与Re1/2有关)、b）湍流火焰传播速度与化学动力学因素无关,只取决于脉动速度的大小。 湍流火焰比层流火焰传播快的原因:湍流流动使火焰变形,火焰表面积增加,因而增大了反应区;湍流加速了热量和活性中间产物的传输,使反应速率增加,即燃烧速率增加;湍流加快了新鲜混气和燃气之间的混合,缩短了混合时间,提高了燃烧速度.41预混火焰的长度与哪些因素有关？在不同流动状态下的影响因素如何？答：1).管径增加，预混火焰长度增加2).气流速度增加，预混火焰长度增加3).火焰传播速度增加，预混火焰长度减小不同

30、流动状态对预混火焰长度的影响：层流区：随可燃混合气喷出速度或喷口管径的增大而增大，随火焰传播速度的增大而减小湍流区：随可燃混合气喷出速度或喷口管径的增大而增大，随火焰传播速度的增大而减小42扩散火焰的长度与哪些因素有关？在不同流动状态下的影响因素如何？答：喷口直径对火焰长度的影响是绝对的，而且成平方关系。为了强化燃烧，应该减小管径，以小孔代替大孔。 层流区：流速增加。扩散系数变化不大，结果随着流速上升，火焰长度增加。 湍流区：流速增加，扩散系数相应增加，结果火焰长度变化不大，但是火焰有折皱和噪音。43试述扩散火焰的特点。答：扩散火焰的稳定性：火焰既不被吹跑（脱火），也不产生回火，始终悬挂在管口

31、。扩散燃烧时由于燃料在管内不与空气预先混合，因此不可能产生回火，这是扩散燃烧的最大优点。但管口流出速度超过某一极限值，火焰可能脱离管口并最终熄灭。此外，扩散火焰的温度较低。碳氢化合物的热分解：碳氢化合物在高温和缺氧的环境中会分解成低分子化合物，并产生游离的碳粒。44试述射流的分类。答：均匀-非均匀，单股-多股，单相-多相，层流-湍流，直流-旋流，等温-不等温，自由-受限45试述圆形喷口直流自由射流的速度场分布。射流初始段：射流轴线速度仍保持初始速度的区段，射流的核心区域速度没有衰减，核心区以外的部分在逐渐衰减，射流边缘速度为0。射流基本段：射流初始段以后的射流区段，轴线速度随着射流发展逐渐减小

32、，中间速度相对较大，射流边缘速度为0射流核心区：射流速度保持初速度，区域为圆锥形46试述矩形喷口直流自由射流的速度场分布。射流初始段：射流轴线速度仍保持初始速度的区域，中心的核心区域速度保持不变，向射流的外边界逐渐减小为0。射流基本段：射流初始段以后的射流区段，轴线速度随着射流发展逐渐减小，速度从中心轴往外边界逐渐减小为0射流核心区：射流速度保持初速度不变47试述自由射流的浓度场分布。根据射流浓度变化，射流轴向为三个特征区：射流初始段:各点浓度相等，等于初始值，其下游轴心线上浓不断下降，因此把这个等速区段称为初始段。下面的锥型区为核心区，长度约为喷口直径的4-5倍，由于流体与周围介质的融合，浓

33、度沿径向衰减。射流自模化段：对于下游，射流的无因次参数分布与x/d值无关。射流过渡段：该区域内，射流的浓度分布岁x而变化48试述工程上稳定火焰的措施。 答：工程上稳定火焰的方法可分为三类：设置点火器，实时对主燃烧器提供点火能量制造回流区，卷吸高温烟气，强化进入燃烧室的燃料的传热，满足着火条件稳定着火改变燃烧区的散热条件，减小着火阶段火焰的散热损失，保持着火区足够的温度，稳定火焰49 液体燃料的燃烧过程答：液体燃料的燃烧过程分为雾化过程，蒸发过程，掺混过程和燃烧过程四个过程50 燃油雾化过程及特征；答：过程：液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。由于液体射流本身的初始湍流以及周围气体对射流的作用（脉动、

34、摩擦等），使液体表面产生波动、褶皱，并最终分离出液体碎片或细丝。在表面张力的作用下，液体碎片或细丝收缩成球形油珠。在气动力作用下，大油珠进一步碎裂。特征：相邻油珠释放燃烧热使周围温度增高，燃烧过程加速。油珠周围的氧浓度降低，引起燃烧过程减缓。51 燃油喷嘴的雾化特性答：雾化喷嘴：喷嘴小，油膜薄，雾化好52 油珠的蒸发与燃烧答：忽略气体和油滴间的相对流速，油滴为球形，其半径为r0，油滴的蒸发、燃烧都以球对称进行，故燃烧时的火焰锋面为同心球面。由于油滴表面温度T0比环境温度低使外界热量向油滴表面传递，并忽略辐射传热。油滴内部的中心温度为T，以导热方式向油滴内部传递热量。燃料蒸气在表面处的浓度大于环

35、境中的浓度，故燃料蒸气由油滴表面向火焰面方向扩散，空气从外向表面方向扩散，油滴内部燃料浓度为常数。蒸发、燃烧过程为定压、准稳定场(忽略界面内移的影响)。油滴燃烧为:液滴大小不均匀，液滴有一定速度，处于强迫流动，除导热外，还有对流换热，温度高时还有辐射换热，液滴内温度较低，表面温度未达到饱和温度，升温吸热不能忽略，液滴强烈蒸发，燃烧，在界面上产生向外的质量流，斯蒂芬流，不能忽略53试述液体燃料燃烧的特点。答：液体燃烧方式有预蒸发型燃烧、喷雾型燃烧。其燃烧实质是燃油蒸汽和空气的燃烧，是一种气态物质的均相燃烧过程，燃烧速度完全取决于液体表面蒸发的速度。喷雾型燃烧的特点：液体燃料的沸点低于着火点，先蒸

36、发后燃烧，总是燃烧其蒸气；燃烧过程分为三步：a、蒸发b、混合c、燃烧液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应，只能在表面蒸发，并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧，液滴表面无火焰，内部无火焰液体燃料燃烧时，如果缺氧，会产生热分解 CmHnXC+yH2+Cm-xHn-2y喷雾型燃烧的要点：1、蒸发良好；2、供氧充分。54何谓液滴燃烧的直径平方线性定律？答：油滴直径的平方随时间的变化呈直线线性关系 上式称为液滴燃烧的直径平方定律 当油滴粒径等于0是，表明油滴完全燃尽，此时对应的燃尽时间为：0=20/k 55为什么燃烧液体燃料时，要预先雾化？燃料通过雾化可以成倍的扩大其蒸发表面积，其不仅可以加速燃料的蒸

37、发过程，而且还有利于燃料与空气混合，保证燃烧的迅速与完全56试述油滴燃烧与油雾燃烧的区别油滴的燃烧包括：蒸发扩散和燃烧三个过程而油雾燃烧实现将油雾化后再进行燃烧；油雾的燃烧是一个复杂的过程，其中存在着油滴燃烧的特殊性，同时与油滴燃烧也存在着区别，因为油雾中各个油滴间相互间要发生干扰：相邻油滴间的同时燃烧使他们之间有着热量交换，以致减少了每个烧着油滴的热量散失；相邻油滴间的同时燃烧起到了竞争氧气的作用，妨碍了氧气扩散到他们的火焰焰锋面去57试述强化重油燃烧的途径。1、提高雾化质量，减小油粒粒径 2、足够的氧气，改善油雾和空气的混合 3、增大空气和油粒的相对速度 4、合理配风58试述燃油配风器的作

38、用对燃油供给适量的空气，并形成有利的空气动力场，保证燃油和空气的充分混合。59试述对燃油配风器的基本要求。保证燃油与空气的良好混合，还使燃烧区内部分高温烟气产生回旋，借此建立起自动点火火源，实现火焰的稳定，此外，配风机还能调节空气供给量，改变油气之间的混合燃烧特性。61煤的燃烧过程预热，干燥，挥发份释出与焦炭生成，挥发份燃烧和焦炭燃烧，形成灰渣。或者干燥，热解，着火，燃烧，燃尽。62 固体碳粒的燃烧特征63 二次反应对碳粒燃烧的影响与一次反应同时交叉进行，构成碳燃烧过程的基本化学反应，同时利用了一次反应的热能，使一次反应进行的更加完全，从而实现碳粒的充分燃烧64 扩散与动力控制的碳粒表面燃烧反

39、应温度很高时，化学反应能力很强，碳的燃烧速度取决于氧扩散速度，成为扩散控制燃烧，又称扩散燃烧区；温度较低时，化学反应能力较差，碳燃烧速度取决于化学动力学因素，称为动力控制燃烧，又称动力燃烧区65燃料燃烧对空气污染的影响燃烧煤和石油排入大气的有害化学物质最多。最常见的有总悬浮微粒，包括降尘和石棉、金属粉尘。有害气体包括二氧化硫、碳氧化物、氨氧化物和碳氢化物。还有大气二次污染物光化学氧化剂和硫酸雾等。大气中有害化学物质直接刺激上呼吸道，引起支气管炎和肺气肿等疾病。66 碳黑与飞灰的形成与防治炭黑主要产生于燃料不完全燃烧，燃料中重炭化合物分解形成各种多环化合物，从而产生炭黑。飞灰产生于一部分废渣没有

40、完全出去，而是形成细小颗粒随烟气流动，从而进入大气形成飞灰。防治方法有：1选择合适的燃烧器2改善燃烧过程3改善送风方式4预热空气5静电除尘器除尘。67 硫氧化物的形成与防治硫氧化物指的是SO2和SO2.空气中的硫氧化物只要来源于含硫燃料的燃烧。燃料中德硫，除少量非燃烧性硫残留在灰分中外，绝大部分都氧化成SO2.即使空气过量，也只有百分之几的SO2转化成SO3。主要措施：采用低硫燃料；利用高烟囱扩散稀释；采用低氧燃烧；烟气脱硫。68 氮氧化物的形成与防治锅炉燃烧过程中，生成的NOx几乎全部是NO和NO2，称其为NOx。NOx包括以下三种：热力型 空气中N2高温下氧化生成快速型 碳氢化合物浓度过高

41、时燃烧产生燃料型 燃料中的N元素燃烧生成控制氮氧化物生成的燃烧方法：低氧燃烧法；二段燃烧法；排烟再循环法；浓淡燃烧法；喷水或乳化燃料燃烧法；沸腾燃烧法；低NOX燃烧器。大纲制定者：冉景煜2009年12月10日燃烧学1、生成焓、反应焓和燃烧焓： 当化学元素在化学反应中构成一种化合物时，根据热力学第一定律，化学能转变为热能（或者相反）。转变中生成的能称之为化合物的生成焓。化合物的构成元素（最稳定的单质）经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量KJ/molv 标准生成焓 ：化合物的构成元素在标准状态下（298K, 0.1MPa），经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。在在特定的温度压力下（等温等

42、压）进行的反应，反应物与产物具有相同的t,p，则产物与生成物间的焓值之差为该反应的反应焓。v 标准摩尔反应焓:在标准压力、任何温度下，几种单质或化合物的相互反应生成产物时，发出或者吸收的热量称为该化学反应的标准摩尔反应焓。标准反应生成焓用 来表示。燃烧焓为反应焓的特例，指单位质量的燃料（不含氧化剂）作等压燃烧反应时的反应焓。 燃烧焓针对燃料（反应物）而言，生成焓则是针对化合物（产物）而言。 发热量指的是燃料在等压或等容燃烧时所释放的热量，工程上用正值。一般用kJ/kg，kJ/m3发热量与燃烧焓数值相等，符号相反。2、热力学平衡及化学平衡的概念 答：1）热力学平衡的概念：在没有外界影响的条件下，

43、如果某个系统各部分的宏观性质（如系统的化学成分，各物质的量，系统的温度、压力、体积、密度等等）在长时间内不发生任何变化，则称该系统处于热力学平衡状态。不受外界影响的任何系统，总是单向地趋向平衡状态。 2）化学平衡的概念：化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。3、化学反应速率、质量作用定律及可逆反应的平衡常数 答： 1）化学反应速率：就是化学反应进行的快慢程度，用单位时间内反应物或生成物的物质的量来表示。在容积不变的反应容器中，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。2）对于基元反应，质量作用定律指出，某种反应

44、物质消失的速率正比于参加反应的各种物质浓度的乘积，其中每种物质浓度的幂等于相应的化学计量系数，即：，式中的、称为反应中相应成分的反应级数。是该反应的反应级数。3）按质量作用定律，在化学平衡时：令正向反应的速率常数和逆向反应的速率常数之比为平衡常数质量作用定律：简单反应的速度与各反应物的浓度及其化学计量系数指数幂的乘积成正比 对于复杂反应，所形成的最终产物是由几步反应所完成的，故化学反应方程式并非表示整个化学反应的真实过程，故无法用质量作用定律直接按反应方程判断反应速度与反应物浓度关系。严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。 对于多相反应，仅考虑气相物浓度，对于固相或液相物质不考虑。 4、平衡常

45、数和标准反应自由能的关系答：在反应的标准摩尔Gibbs自由能变DrGm°与标准平衡常数之间也存在着如下关系式：DrGm°-RTlnK°5、温度和压力对平衡常数的影响答：标准平衡常数与温度的关系为：，其中为标准平衡常数，为标准摩尔反应焓。标准平衡常数与压力无关。6、阿累尼乌斯定律 答： 阿累尼乌斯在大量试验后发现，反应速率与温度的关系可表示为： k=k0e-Ea/RT式中，k为反应温度T时的反应速率常数；k0、Ea分别成为频率因子和活化能，均是由反应特性决定的常数，他们与反应温度无关，故该定律反映了温度对反应速度的影响。7、链锁反应分类及概念答：整个反应是由若干个相

46、继发生或相继平行发生的基元反应所组成，整个反应过程是由那些基元反应连续不断的反复进来完成的。这种反应过程就像链环一样，紧密的联系在一起，因而被称为链锁反应。链锁反应分类：1、直链反应：活性中间产物的数目保持不变的反应2、分支链反应：活性中间产物的数目随着链锁循环次数增加而增多的反应8、热自燃理论答：谢苗诺夫的可燃混合气热自燃理论：有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其分子浓度为n(1/m3)，容器的壁温为T0(K)，容器内的可燃气体混合物正以速度wn(1/m3s)在进行反应，化学反应后所放出的热量，一部分加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部分则通过容器壁而传

47、给周围环境。假设：（1）容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。（2）在反应过程中，容器V内各处的反应速度都相同。（3） 容器的壁温T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温差。（4） 在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计图中 q1为放热曲线 q2为散热曲线 B点为着火临界点 Tb为着火温度 T0为自燃温度 T0Tb之间的时间为着火感应期结论：自燃温度T0显然与混合气的浓度（或压力）、反应级数v、活化能E和散热情况（aS）有关。可燃混合气的活性很强（即值小），则具有较低的自燃温度；散热条件加强时（即值增大），则自燃温度

48、升高；可燃混合气的压力升高时，将使自燃温度降低。9、强迫着火、熄火概念答：强迫着火：用炽热的高温物体使混合气的一小部分着火，形成局部的火焰核心；然后这个火焰核心再把邻近的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从而使整个混合气燃烧起来。熄火：当反应器正在以显著的反应速率进行操作时，若降低进料入口的温度，使它达到多重态区域的下限，反应速度会突然大幅度下降，反应基本上停止。这个现象称为熄灭10、 火焰传播和火焰稳定 火焰传播：可燃气体混合物的局部首先着火，着火部分向未燃部分传递热量和活性因子，使之相继着火的过程成为火焰传播火焰稳定：要求燃烧设备中火焰稳定在一定位置，即在一定位置着火，按一定的速度发

49、生剧烈反应，并在一定位置燃尽和离开燃烧室11、层流火焰传播速度及概念预混可燃气体与流速不高（层流状态）的火焰传播称为层流燃烧；可燃气体混合物的局部首先着火，着火部分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之相继着火的过程称为火焰传播；火焰传播速度：沿火焰锋面的法向，火焰移动的速度称为火焰传播速度；层流火焰传播速度很低，un通常在1m/s以下.注意：化学当量比在略小于1时，火焰传播速度最大当1k1或当煤气与一级空气预混物流量太大，流速很高时，火焰将被吹离，后面随之而来的煤气空气混合物根本不能着火，该现象称为脱火（吹熄）。 当1k1而煤气与1级空气预混物流量很小，流速很低时，火焰很可能逆流而传播进本生灯，

50、一直烧到本生灯里面的煤气小喷口处，该现象为回火。12、 影响层流火焰传播速度的因素、火焰传播界限及淬熄距离影响因素：（1）压力的影响：（压力对火焰传播速度的影响较小）压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低时，可以使增大到几十毫米。火焰越厚，火焰向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低 。（2）温度的影响：温度增加，火焰传播速度增加。因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多，因此温度对火焰厚度的影响不大。（3）混气成分的影响：存在一个最佳混气成分，这时火焰传播速度最大。对每一种混气，都存在一个火焰传播的浓度界限，当混气太贫或太富时，火焰就不能传播。 （4）混气性质的影响：导温系数增加，活化能减少或

51、火焰温度增加时，火焰传播速度增大。 （5）燃料性质：烷烃含碳量越高，火焰传播速度越大；烯烃和炔烃含碳量越高，火焰传播速度越小。（6）添加剂：加入惰性气体后，火焰传播速度变小；加入可燃物后，火焰传播速度变大。火焰传播界限：指在预混可燃混合气中，火焰得以传播的燃料与空气配合比例范围。由火焰传播下限和火焰传播上限构成。淬熄距离：当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离13、高速混气流中火焰稳定原理及稳焰方法原理：基于“回流区点燃模型”的火焰稳定理论，火焰的稳定取决于回流区的高温燃气传给邻近回流区边界的新鲜混合气中去的热量。而基

52、于“回流区的燃烧模型”的火焰稳定理论：火焰的稳定的条件是放热的速度等于散热的速度。方法：1.利用引燃火焰稳定火焰2.利用钝体稳定火焰。具体的方法：1.利用气体的旋转稳定火焰。2.利用逆向喷流稳定火焰3.利用燃烧室壁凹槽稳定火焰4.利用带孔圆筒稳定火焰5.利用流线形物体稳定火焰6.利用激波稳定火焰。14、何谓燃料的元素分析？试述常用燃料的元素分析组成。【为工程计算和应用方便，将燃料的主要元素组成和水分、灰分测量结果习惯上称为元素分析成分煤的元素分析，工作量大，复杂，工程上多应用工业分析成分。此外，还需要了解发热量、灰熔点等其他煤质特性煤的工业分析的定义：在规定条件下，将煤的组成区分为水分、灰分、

53、挥发分和固定碳四种组分的测定方法。】燃料的元素分析是指对燃料中每种组分的含量进行测定，并用该组分的质量百分比表示。测量项目有C、H、O、N、S、水，灰分。常用的元素分析组成基准如下：1. 收到基：以收到状态下包括全部组分在内的燃料成分为重量作为计算基准，各组分在收到基燃料中的质量百分数称为收到基组分。关系为：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100燃料燃烧计算时采用收到基成分，其中Mar是燃料的全水分。2. 空气干燥基，即是以除去外在水分后的燃料成分总量作为计算基准，此时燃料中剩余水分仅为内在水分。关系为：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100空气

54、干燥基适用于实验室分析3. 干燥基，即以出去全部水分的燃料总量作为计算基准，测量时必须将燃料加热到100度以上，以除去内在水分，关系为：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100用干燥基来表示燃料的灰分含量更为准确。4. 干燥无灰基，即以除去水分和灰分后的燃料总量作为计算基准，关系表示为Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100常用干燥无灰基表示燃料的挥发份含量。15、何谓煤的工业分析？为什么要进行煤的工业分析？答:煤的工业分析是将一定重量的煤加热到110，使其水分蒸发，测出水分含量，再在隔绝空气下加热到850，测出挥发分含量。然后通空气使固定碳全部燃烧，以测出固定碳和灰分含量。

55、挥发分多的煤干馏时可以得到较多的煤气和焦油，燃烧时火焰较大;固定碳多的煤，干馏时焦炭收率高。所以煤的工业分析对确定煤的使用是重要的。16、何谓燃料的发热量？不同基的发热量如何换算？1.燃料的发热量就是燃料完全燃烧放出的热量。可以分为高位发热量，低位发热量。高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qgr,ar（收到基高位发热量）低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qnet,ar（收到基低位发热量）2.收到基低位发热量和收到基高位发热量之间的换算见下式：12、盖斯定律“定压或定容条件下的任意化学反应，在不做其它功时

56、，不论是一步完成的还是几步完成的，其热效应总是相同的（反应热的总值相等）。”这叫作盖斯定律。 盖斯定律的另一种说法：化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。盖斯定律的意义：有些反应的反应热通过实验测定有困难，可以用盖斯定律间接计算出来。 17、燃烧过程的热工计算方法见燃烧学第三章，P23P44理论空气量：气体燃料的理论空气量:注意：理论空气量仅取决于燃料成分，当燃料确定后，其V0为常数； V0是指不含水蒸气的干空气18、发热量发热量：燃料完全燃烧放出的热量高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qgr,ar （收到基高位发热量）低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qnet,ar（收到基低位发热量）工程上，排烟温度高于100，蒸汽不会凝结，应用低位发热量作为计算燃料热量的依据。19、扩散燃烧与动力燃烧概念（图线分析）化学反应进行得很快，燃烧的快慢主要取决于混合速度，而与化学反应速度关系不大，由于混合过程是通过分子扩散或气体扩散完成的，因此把这类燃烧称为扩散燃烧；若混合过程进行得很快，燃烧的快慢主要取决于化学反应速度，而与混合过程关系不大，因此把这类由化学动力因素控制的燃烧称为动力燃烧。20、扩散火焰结构及特征燃烧时燃料与空气尚未混合