燃烧理论基础

1、本课程的学习内容第一章 燃烧热力学第二章 化学动力学第三章 燃烧物理系第四章 着火（自然与引燃）第五章 预混合气体燃烧火焰第六章 扩散火焰与液体燃料燃烧第七章 气体燃料的喷射与燃烧第八章 固体燃料的燃烧课程实验考试说明课程考核形式闭卷考试依托大纲，参考教材70%考卷，30%平时题型：填空、（判断、）多项选择、名词解释、简答、计算、图解分析考试时间：6月9日下午或晚上第一章123.化合物的标准生成焓化合物的构成元素在标准状态下（25，0.1MPa）。定温定容或者定温定压；经化合反应生成一个mol的该化合物的焓的增量（KJ/mol）所有元素在标准状态下的标准生成焓均为零。4.反应焓（*）在定温定容

2、或定温定压条件下，反应物与产物之间的焓差为该反应物的反应焓（KJ）。5.反应焓的计算（*）6.燃烧焓（*）单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温定容或定温定压条件下，燃烧反应时的反应焓之值（KJ/Kg）。7.燃料热值（*）燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的汽化潜热。8.平衡常数的三种表达方式和相互间的关系（*）按浓度定义的反应平衡常数，以分压定义的反应平衡常数，以体积百分比定义的反应平衡常数。9.反应度（*）表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度10.Gibbs函数的定义自由焓，为状态参数。g=h-Ts11.Helmholtz函数自由能f12.焓与生成焓仅是温度的单一函

3、数，而自由焓与P、T有关。13.过量空气系数（*）(a=mamast)燃烧1Kg燃料，实际提供空气量/理论所需空气量。14.当量比（=！#￥%！）C实际浓度，Cst理论浓度15.浓度（空燃比）（C=#￥）一定体积混合气体中的燃料重量/空气重量16.化学计量浓度a=1时的浓度17.绝热火焰温度的求解方法，尤其是考虑化学平衡时的计算方法（*）（附图）首先分别根据平衡常数Kp和能量守恒方程得到的反应度和绝热火焰温度Tf的关系，然后采用迭代法计算得到Tf18.绝热燃烧火焰计算程序及数据处理。第二章 化学动力学1.化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速率的科学。（*）2.燃烧机理研究的核心问题有：

4、燃烧的反应机构，反应速度，反应程度，燃烧产物的生成机理等3.净反应速度（*）（公式见书本）消耗速度与生成速度的代数和。4.反应级数n一般碳氢燃料n=1.72.225.Arrhenius定律A-频率因子（分子间碰撞的频率）；E-活化能；T-温度比反应速度kn=Ae-ERT6.分子碰撞理论与Arrhenius定律属热爆燃理论7.热爆燃理论（*）反应物在一定温度的反应系统中，分子碰撞使部分分子完成放热反应，放出的燃烧热提高反应系统中的温度，从而加速反应速度。反应系统处于一种正反馈的加热、加速反应过程。当反应速度趋于无穷大，就产生爆炸。这种由于反应热量聚集的加速反应乃至燃烧爆炸的理论称为热爆燃理论。8

5、.热爆燃理论的局限性体现在什么地方？热爆燃理论只是描述了过程的始末，没有涉及其所经历的过程。燃烧和爆炸是一步完成的。热爆燃理论对于许多反应、燃烧现象无法解释，有其局限性。如燃烧半岛、倒S图无法解释。9.图解燃烧半岛现象会画H2-O2燃烧半岛示意图，并能初步解释10.链反应（*）整个反应由若干相继发生或相继平行发生的基元反应组成、有直链反应，分支链反应之分，经历引发，传播，抑制，中断过程。11.NOx的生成机理（四种生成NO的途径）（*）高温途径，即在已燃区产生的NO成为热NO（Thermal NO）或称Zeldovich-NO瞬发途径，即在火焰区产生的NO称为瞬发NO（Prompt NO）或称

6、Fenimore-NON2O途径：（燃气轮机）燃料氮途径。（燃煤）内燃机中的NO途径：高温途径、瞬发途径。12.烃类燃料燃烧（*）烃类燃料的着火界限曲线大致呈反S形，带有冷焰区和热焰区。烃类在内燃机中的自然过程一般经历冷焰、蓝焰和热焰三阶段。13.冷焰过程的特征（*）过氧化物以爆炸形式分解、主要生成甲醛、反应物质自加热的程度不大、冷焰强度随温度变化存在一个峰值、有辐射光发出、冷焰仅存在于一定的温度和压力范围内。14.蓝焰和热焰的特性15.为什么动力机械在冷启动时要用浓混合气？烃类燃料的着火界限曲线大致呈反S形；不同浓度下，着火界限形态所处位置有很大区别：当混合气浓度较大时，着火界限曲线移向低压

7、和低温方向一边，这说明：当提高混合气体浓度后，它可在较低温度和较低压力下着火，因此动力机械在冷起动时要用浓混合气。第三章 燃烧物理学1.燃烧现象按照混合气的制备、着火、燃烧过程中火焰与燃烧室的相对位置、可燃混合气体的流动等事怎样分类的？预混合燃烧及扩散燃烧，分别举23例自燃与引燃定置火焰与行进火焰层流燃烧与湍流燃烧2.描述燃烧物理现象的方程有哪些？（*）质量守恒方程，动量守恒方程，能量守恒方程，组分守恒方程。3.研究基础有哪些基本定律和现象（*）牛顿粘性定律，傅里叶导热定律，费克扩散定律，斯蒂芬流问题4.自然：不需要外界的火源引火，在适当的温度压力条件下可燃混合气（剂）自身的化学反应速度已经快

8、得足以产生足够的热量，使之着火燃烧或爆炸（*）5.引燃：可燃混合气（剂）依靠外火源（如电火花，引燃火焰，火星等）来引燃的。6.关于混合流动的一些结论。混合流动通量是各组分流动通量之和。组分k的平均质量流量为该组分在混合流中的扩散通量和对流通量之和混合流中对流通量之和为混合流的通量。7.牛顿粘性定律表明，粘性是动量交换的必要条件，由速度梯度变为动量梯度（*）8.傅里叶导热定律表明：热扩散是能量交换的必要条件，由温度梯度变为焓的梯度（*）9.费克组分扩散定律表明，传质（扩散）是组分扩散的必要条件，由密度梯度变为质量分数的梯度（*）10.分子传输定律是否具有通用传输方程形式？11.Stefen流产生

9、的物理条件、化学条件存在扩散过程及物理化学过程第四章 着火（自燃或引燃）1.着火过程由什么因素控制的？着火与混合气的压力、温度、浓度、壁面的散热率、（点火能量）、气体流动有关。2.燃烧速度的决定因素有哪些？举例说明哪些燃烧现象受物理过程控制，哪些受化学过程控制？由扩散、流动、传热及其他物理过程据顶燃烧过程速度的燃烧为扩散控制燃烧，物理因素起主要的控制作用、例如油滴、喷雾燃烧，未作预混合的气体射流燃烧，蜡烛，碳球的燃烧等均属此类；汽油机、煤气机、喷灯等预混合气有火焰传播的燃烧则同时受化学动力学及扩散的控制。3.燃烧反应过程中浓度与温度的关系燃烧反应速度与主要反应气体混合挤的温度及初时反应、中间产

10、物、最终产物的浓度有关反应速度与温度的关系常用Arrhenius指数项e-E/RT或简单的指数Tm的关系式表示。4.简单反应或热反应（*）反应速度只受初始反应物浓度影响的反应5.复杂反应或自然催化反应反应速度受中间产物或最终产物浓度影响的反应6.热着火需要满足的条件是什么？可燃混合剂在某一条件下由外界加热（火花塞、热熔器壁、压缩等），达到某一特定温度时，反应物在此温度下的放热速度大于散热损失的速度7.化学链着火需要满足的条件是什么？燃烧反应有中间载链基的分支链反应时，则甚至在等温条件下也能着火，链反应自身的引发则需要一外来能源。载链基产生速度得以满足时，则移去外能源后也能发生着火。8.自发着火

11、举例采油机着火燃烧、油溅泼到赤热的表面上的着火燃烧，汽油机中的爆震等9.强制着火举例汽油机点火燃烧。10.着火延迟时间的影响因素（*）11.Semonov自然理论的基础是什么？热爆炸理论12.自然必要条件有两个判据，他们的表达式怎样？（qg）c（q1）c（dqgdT）c（dq1dT）c13.化学反应中临界压力与反应温度之间的关系怎样？请用图示说明。14.着火与反应物浓度、温度（压力）之间的关系如何？请图示说明（*）15.什么叫强制着火？（*）利用外部能量（电火花、电热能、炽热体）使可燃混合剂局部地方急速加热，形成火焰核，使火焰具有连续传播的能力。16.燃烧速度的定义是什么？（*）火焰沿其锋面的

12、法线方向，相对于未燃气的运动速度17.火焰锋面厚度的定义式(公式)19.电火花点火中，淬熄距离是怎样定义的？当两电极之间的距离d等于某个最小距离dq时，电极的激冷效应大于点火能量，无论用多大能量均无法点火成功，dq称为淬熄距离。20.几种混合气体的Emin和dq值（比较大小）（*）21.哪些因素有利于着火？（*）燃烧温度（Tf）低（活化能低，易燃烧）初始温度（T0）高（接近活化温度）。燃料热值（H）高。导热（）小平均反应速度快（与组分、浓度、流场有关）比热（Cp）小（温度每上升一度，能耗小）压力高气流速度（ua）低接近db第五章 预混合气体火焰1.预混合燃烧受化学动力学（化学反应速度）控制。燃

13、烧速度快，火焰呈蓝色。2.非预混合燃烧受扩散速度（可燃气的制备）和化学动力学双重控制，且受最慢一种控制。3.火焰的结构的定义（*）火焰锋面及其前后成分、温度、密度、速度、压力等变量随火焰封面厚度方向的变化情况。4.爆燃与缓燃的区别爆燃是气体高速流动（M1）时的燃烧，燃烧火焰锋面两侧有巨大的压力突变；缓燃是气体低速流动时的燃烧，燃烧火焰锋面两侧压差较小。5.建立预混合气体火焰的模型时，作了哪些假设？管内充满可燃混合气；为一维连续流；火焰的锋面将产物和反应物隔开互不往来（不导热，扩散）；来流速度=产物生成速度（火焰面静止）。6.Raleigh（瑞利）方程推导利用了连续流方程和动量方程；Hugoni

14、ot（雨果尼特）方程推导利用了连续流方程和能量方程（*）满足Raleigh方程的曲线均为过来流气体状态点S的直线簇，并且在第一、三象限不存在。Hugoniot曲线为双曲线型，若无燃烧反应，Hugoniot曲线过来流气状态点S，若有燃烧反应，Hugoniot曲线位于点S上方且与H值成正比6.Raleigh-Hugoniot曲线分析图（有图！#￥！#￥）Raleigh线、Hugoniot线、等熵曲线FDIIC区域为膨胀波IA区域 强爆震区IE区域 弱爆震区IIF区域 弱缓燃区IID区域 强缓燃区7.爆燃的特性是什么？缓燃的基本特征是什么？爆震时，燃烧速度极快，远大于外界的各种干扰速度，干扰速度可以

15、忽略。缓燃时，燃烧速度相对慢，必须考虑（或排除）干扰速度8.火焰传播行进速度uf、燃烧速度us、来流速度ua，确定定置火焰、行进火焰、脱火、回火的速度关系（*）定置火焰：uf=0 us=-ua行进火焰：usua uf0脱火：uaus（煤气灶具的设计），来流使火焰流入燃烧产物脱离火焰固定位置回火：usua（煤气灶具的设计）。火焰烧入新混合气9.本生灯的预混合火焰（有图#￥%#￥%）死区管口壁的激冷淬熄面散热所致外悬由于死区的存在，P内P外，存在质扩散顶圆产物的集中区、高温区10.本生灯的扩散火焰内悬管口壁的激冷效应。11.燃烧速度的测量方法有哪些？喷灯法，长管法，肥皂泡法，燃烧弹法；前两者要知道

16、火焰面积12.确定火焰锋面面积的方法：摄影法，粒子跟踪法；直接摄影法最简单，可以获得火焰发光区的形状及尺寸。13.阴影法、纹影法及干涉摄影法是三种专门的火焰摄影技术。14.专门的火焰摄影技术是基于哪两种基本物理现象？由于火焰使空间密度不均匀（由于温度及成分的不均匀产生）；当光束通过两种不同折射率介质的界面时会发生偏折。15.用纹影摄影所求得的火焰面积最适合于计算燃烧速度。阴影法及直接摄影法会增大火焰面积，导致较大的误差，但它们的方法最简便，所需的光学装置较简单。（有图！#￥！#￥）第六章 扩散火焰与液体燃料的燃烧1.四种火焰类型分类方法可燃混合气的制备；预混合火焰、扩散火焰燃烧过程中火焰的相对

17、位置：定置火焰、行进火焰混合气的流动状态：层流状态，湍流状态着火方式：点燃、压燃2.柴油机扩散燃烧过程的几个阶段3.为什么液体燃料燃烧总是在气态下进行的？（*）液体燃料燃烧的着火温度远高于它的沸点温度；燃料的活化能远大于气化热。因此，液体燃料总是先蒸发后着火的，即燃烧总是在气态下进行的。4.表征喷雾特性的三个参数（*）喷雾粒度贯穿距离喷雾锥角5.表征粒度的方法：算术平均法、质量平均法、体积平均法、表面积平均法等，用的最多的是SMD方法。6.SMD方法的定义：按SMD计的全部油滴的体积与表面积之比与实际喷雾的V/A相等（*）7.SMD计算公式的推导及其应用8.影响柴油喷雾粒度的因素喷油压力、背压

18、、油泵转速、喷油量、燃料性质、喷孔面积、喷孔粗糙度等9.为什么说贯穿度是喷雾燃烧品质的重要控制参数？贯穿距离的大小（即贯穿度）对燃料在燃烧室中的分布影响很大贯穿距离不能太大，也不能太小贯穿度太大，有较多的燃油喷到燃烧室壁上；反之，贯穿太小，燃料不能很好地分布到燃烧室空间，使燃烧室空气得不到充分利用。贯穿度必须根据混合气的形成方式的不同要求与燃烧室相互配合。第七章 气体燃料的喷射与燃烧1.有射流必有引射，引起了动量交换和能量交换2.由喷口几何结构射流形式圆形射流、环形射流、平面射流、交叉射流3.由周围介质的运动状态自由射流、受限射流4.有关射流的结论（*）1）射流内任意截面上流量是外围引射空气量的结果。2）射流场内任意截面上的动量为常数，与x=0处相等，不随x而变化。3）射流内任意截面上的焓量为常数，与x无关4）射流内任意截面上的燃料组分的总量为常数，与x无关5.在轴对称气体的射流中，流速、浓度、温度场相似6.轴对称气体的射流火焰，在空气中的火焰比在纯氧中火焰轮廓要大得多。7.层流火焰高度与燃料供给的流量成正比；湍流火焰高度与燃料供给流量无关（*）第八章 固体燃料的燃烧1.固体燃料煤的燃烧过程主要分为哪几步？（*）煤加热，水分蒸发；挥发份析出；挥发份燃烧（约10%时间）；焦炭燃烧（约90%时间）2.固态燃料属异相（