《工程燃烧学》课程教学大纲

《工程燃烧学》教学大纲一、课程基本信息课程名称工程燃烧学PrinciplesofEngineeringCombustion课程编码CNE220711025开课院部石大山能新能源学院课程团队（未设置）学分2.5课内学时42讲授38实验4上机0实践0课外学时0适用专业能源与动力工程授课语言中文先修课程大学化学、工程热力学、工程流体力学、传热学课程简介（必修）工程燃烧学是能源与动力工程专业的一门重要技术基础课程，是研究化石燃料的化学能向热能转换过程规律的一门技术科学，在化石燃料高效转化和利用、燃烧污染物排放控制等方面具有重要作用。本课程的主要内容包括：气、液、固燃料的基础知识；燃烧空气量及烟气量计算；燃烧过程热平衡计算；燃烧化学反应动力学基础知识；燃烧过程特点和规律，包括燃料着火形式和条件、火焰传播理论、火焰稳定的基本理论及技术措施；气液固燃料的燃烧设备原理及工作特点；燃烧污染物的形成机理及控制措施等。通过本课程的学习，学生将会对燃烧基础理论知识有比较深刻的认识。另外，结合燃烧理论知识，能够对常见工业燃烧设备、油田燃烧设备的工作原理进行分析，掌握有关因素对燃烧过程的影响规律。本课程的学习将为学生以后从事燃烧相关的科学研究以及工程技术工作打下坚实的基础。Engineeringcombustionisanimportanttechnicalbasiccourseforthemajorofenergyandpowerengineering.Itisatechnicalsciencetostudythelawoftheconversionprocessfromchemicalenergytothermalenergyoffossilfuels.Intheefficientconversionandutilizationoffossilfuels,emissionControlofcombustionpollutantsplaysanimportantrole.Themaincontentsofthiscourseinclude:basicknowledgeofgas,liquidandsolidfuel;Calculationofcombustionairvolumeandfluegasvolume;Calculationofheatbalanceincombustionprocess;Basicknowledgeofcombustionchemicalreactionkinetics;characteristicsandlawsofcombustionprocess,includingfuelignitionformsandconditions,flamepropagationtheory,basictheoryandtechnicalmeasuresofflamestability;Principleandworkingcharacteristicsofgas-liquidsolidfuelcombustionequipment;formationmechanismandcontrolmeasuresofcombustionpollutants,etc.Throughthestudyofthiscourse,studentswillhaveadeeperunderstandingofthebasictheoreticalknowledgeofcombustion.Inaddition,combinedwiththetheoreticalknowledgeofcombustion,wecananalyzetheworkingprincipleofcommonindustrialcombustionequipmentandoilfieldcombustionequipment,andmastertheinfluencelawofrelevantfactorsonthecombustionprocess.Thestudyofthiscoursewilllayasolidfoundationforstudentstoengageinscientificresearchandengineeringtechnologyrelatedtocombustioninthefuture.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：掌握燃烧的有关基本概念与燃料特性基本知识，能够进行燃烧所需空气量及产生烟气量、烟气成分的有关计算。掌握燃烧化学热力学及化学动力学的基本知识，能够进行反应热、平衡成分组成及反应速度的有关计算。掌握气液固燃料燃烧的基础理论知识。是1.22M2目标2：掌握气液固燃料不同燃烧设备的工作原理、结构形式及工作特点，掌握有关燃烧设备的分析计算方法，了解燃烧设备的故障分析及解决路线。是1.43M3目标3：掌握燃烧过程相关问题数学建模的基本思想，理解反应流体力学方程组的构成，了解借助相关数值模拟软件分析并解决复杂燃烧工程问题方法。是2.14M4目标4：熟悉燃料特性的相关国家标准，了解燃烧设备设计的相关技术规范，了解国家对燃烧设备污染物排放的相关法律法规。是6.25M5目标5：掌握燃料燃烧过程中产生的污染物类型及对人类与环境的危害，理解污染物的产生和抑制机理，了解污染物排放的控制措施。是7.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章燃料本章重点难点：固体燃料、液体燃料和气体燃料的组成、分类、物理化学特性，燃料的化学成分及其表示方法，不同计算基准之间的换算方法。1.1固体燃料煤的形成简介；煤的化学组成，煤的成分表示方法及其换算；煤的使用性质，我国煤的分类。1.2液体燃料液体燃料的化学成分及其表示方法；石油的加工及其产品；石油产品的理化性质。1.3气体燃料气体燃料的化学成分及其表示方法，气体燃料的发热量，气体燃料的种类。M18+2讲授、实验10作业2第二章燃料的燃烧计算本章重点难点：燃料完全燃烧时所需提供的空气量、燃烧生成烟气量的计算方法，燃料完全燃烧时理论燃烧温度的计算方法，锅炉烟气成分分析计算方法，根据烟气分析计算过量空气系数。2.1燃料和燃烧所需空气量计算燃料燃烧所需理论空气量；实际空气量，空气系数。2.2完全燃烧时烟气的计算液体燃料与固体燃料烟气的计算，气体燃料烟气的计算。2.3烟气分析及其应用烟气成分分析方法；根据烟气分析计算烟气容积，燃烧方程式；根据烟气成分确定过量空气系数。2.4化学热力学基础及燃烧反应的热平衡生成焓，化学反应热效应；燃料的燃烧温度，理论燃烧温度的计算。M14讲授4作业3第三章化学动力学基础本章重点难点：质量作用定律和阿累尼乌斯定律，燃烧化学反应机理，影响化学反应速率的因素。3.1化学反应速率化学反应的分类，浓度及其表示方法，化学反应速率。3.2质量作用定律质量作用定律，化学反应级数。3.3阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律，分子碰撞理论简介。3.4影响反应速率的因素反应温度影响，反应物浓度影响，反应物性质影响。3.5链锁反应链锁反应的定义、特点及反应步骤，链锁反应的过程。M13讲授3作业4第四章气体燃料燃烧本章重点难点：着火的闭口系统分析方法，强迫点燃方法分析，层流、紊流火焰传播机理，影响火焰传播速度的因素，扩散燃烧机理，燃烧时火焰稳定的条件和方法；典型气体燃料燃烧器的工作原理、结构。4.1气体燃料燃烧的基本形式气体燃料燃烧形式分类，本生灯燃烧过程分析。4.2预混可燃气体的着火着火方式概述，自燃的热力理论，强迫着火理论。4.3预混可燃气体中的层流火焰传播层流火焰传播的概念，层流火焰传播的基本方程，影响层流火焰传播速度的因素。4.4预混可燃气体中的湍流火焰传播理论湍流火焰特点及实验结果，湍流火焰传播理论。4.5扩散燃烧基础层流扩散燃烧火焰，湍流扩散燃烧火焰。4.6火焰的稳定性预混火焰的稳定，扩散火焰的稳定。4.7气体燃料燃烧设备扩散式燃烧器，预混燃烧器。M211讲授、讨论11大作业5第五章液体燃料的燃烧本章重点难点：雾化燃烧过程的组织，液体燃料的雾化机理和雾化方法，典型雾化油喷嘴的工作原理和结构。5.1液体燃料的燃烧方式液体燃料雾化燃烧系统组成，雾化燃烧过程的四个阶段。5.2雾化燃烧过程的组织雾化质量的影响，油雾与空气混合的组织原则，调风器，燃烧空间温度的影响。5.3油的雾化雾化原理及方法，雾化质量指标。5.4油喷嘴机械雾化油喷嘴，气体介质雾化式油喷嘴，转杯式雾化油喷嘴。M27讲授、讨论7作业6第六章固体燃料燃烧本章重点难点：炭粒燃烧的机理及炭粒燃尽时间，层燃炉、煤粉燃烧和流化燃烧的特性，典型设备的结构和工作过程。6.1煤的燃烧过程煤颗粒燃烧过程特点，煤颗粒燃烧过程的阶段。6.2炭和氧的反应机理一氧化碳模型，二氧化碳模型，中间碳氧络合物模型。6.3炭粒的燃烧理论炭粒燃烧反应过程，炭粒燃烧速度，吸附与解吸附对炭粒燃烧的影响。6.4炭粒燃尽所需时间炭粒燃尽时间数学模型，动力及扩散燃烧区的划分。6.5固体燃料的燃烧方式和燃烧装置层燃燃烧，火室（煤粉）燃烧，旋风燃烧和流化燃烧简介。M35讲授、讨论5大作业7第七章燃烧产生的污染及防治本章重点难点：燃烧产生污染物种类及危害，污染物产生机理，燃烧污染物排放控制措施。M52讲授2作业8实验实验本课程作为专业核心课，建立实验项目库，学生从实验项目库中至少选择2个实验开展实验/4实验4实验报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、共2-3次作业，每次布置2~3道题目。2、成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、考核学生对燃料成分及燃烧质量和能量平衡计算基本知识的掌握能力，主要是分析和计算题。10%2实验1、本课程4个学时实验，共2次实验。2、成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3、考核学生对燃料成分工业分析及燃烧器工作过程知识的应用能力，能够根据实验要求和所学知识设计实验方案，优化实验方案并获得有效结论。10%3大作业大作业1、要求利用Chemkin等燃烧相关数值计算软件建立研究对象的模型，设计出气体火焰传播速度模拟分析方案，得出有关因素对火焰传播的影响，并撰写研究报告。大作业2、要求学生自主选题，并查阅资料，对某一工程或科学燃烧问题从研究背景、研究方法，研究结果及研究结论等进行总结分析，并撰写相关综述报告。30%4期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。3、主要考核学生对燃烧学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决工程问题的能力，题型主要有填空题、简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1/平时作业10%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确C-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱2/实验10%A-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得有效结论B-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述比较清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得比较有效的结论C-实验过程中认真完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，没有正确分析实验数据，但是结合理论分析可以从技术角度优选解决方案获得有效的结论D-实验过程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度优选解决方案获得有效的结论3/大作业30%A-利用ChemKin等数值计算软件研究建立对象的模型正确，所得研究结论合理；燃烧科学和工程问题文献查阅完整，分析总结问题深入全面。B-利用ChemKin等数值计算软件研究建立对象的模型正确，所得研究结论较合理；燃烧科学和工程问题文献查阅较完整，分析总结问题较深入全面。C-利用ChemKin等数值计算软件研究建立对象的模型基本正确，所得研究结论基本合理；燃烧科学和工程问题文献查阅基本完整，分析总结问题基本深入全面。D-利用ChemKin等数值计算软件建立研究对象的模型不正确，所得研究结论不合理；燃烧科学和工程问不新不完整，分析总结问题不够深入全面。4/期末考试50%按试卷评阅标准给分评分等级说明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|工程燃烧原理,杨肖曦,中国石油大学出版社,2008,