燃烧学考试重点西工大

燃烧学考试重点西工大1绝热火焰温度：当燃料和空气的初始状态，即燃料/空气比及温度一定时，绝热过程燃烧产物所能达到的温度（最理想状态，最高温度）。活化能：活化分子所具有的最小能量（E*）与整个反应物分子的平均能量（E）之差。简称活化能（E）。aEa=E*—E3。 标准燃烧焓：当1mol的燃料与化学当量的空气混合物以一定的标准参考状态进入稳定流动的反应器，且生成物也以同样的标准参考状态离开该反应器，此反应释放出来的热量。基元反应：能代表反应机理由反应微粒一步实现的反应，而不通过中间或过渡状态的反应。5。 链锁反应：一种在反应历程中含有被称为链载体的低浓度活性中间产物的反应。 通过活化粒子而进行的一系列化学反应为链锁反应二、1。为什么紊流火焰传播速度要比层流火焰传播速度大得多？为提高紊流火焰传播速度可釆取哪些措施。答:原因：（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了反应区；（2）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；（3）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。措施：增大Re，增大P,增大T，增大u',改变混气浓度简述支链爆炸的着火（爆炸）的半岛现象？（课本69页）答：在压力一温度半岛图中，可爆与不可爆区域之间的界限称为爆炸极限。第一爆炸极限的压力最低，此时变为；显然，第一爆炸极限由碰壁销毁和链分支过程之间谁占优势决定。第二爆炸极限发生在中等压力下，通常简化为 ，此时，第二爆炸极限由气相销毁和链分支过程之间谁占优势决定.并不是所有燃料都存在第三爆炸极限。对大多数燃料，存在第三爆炸极限，它是由热损失决定的，此时爆炸热理论适用。叙述质量、能量、动量输运定律的表达形式和物理意义？答：1.费克扩散定律:在双组分混合物中组分A的扩散通量的方向与该组分当地质量分数梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为扩散系数。在双组分情况下，由浓度梯度引起的组分扩散通量可以用费克Qw定律表示:J—-pD a定律表示:A ABQy2。 傅里叶导热定律：导热通量的方向与温度梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为导热系数..QT系数.q——九一Qy牛顿粘性定律：单位面积上剪切力方向与速度梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为Qv—P—Q牛顿粘性定律：单位面积上剪切力方向与速度梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为Qv—P—Qy粘性系数。）输运系数之间的关系：Tpa_能量输运速率^^e— r— ——~~T~i~: : :~4.主燃烧室空气质量输运速率用?Sc二DPr-V—比—动量输运速率a九 能量输运速率==动量输运速率Dp质量输运速率1旋流器进气：占5%—10%空气量，这时a二0。3—0o5作用：造成旋转气流，形成回流区，同时对油膜破碎雾化和掺混起作用。2主燃孔进气：占20%空气量，这时a=1左右作用：向头部主燃区恰当地供入新鲜空气，以补充旋流器空气与燃油配合的不足。3补燃孔进气：占10%空气量作用：补燃及掺混之间。4掺混段进气，占25%-30%作用：将上游已燃高温气流掺冷、掺匀至合理温度分布5冷却火焰筒壁面用气，占35%作用：隔热、吸热冷却5.典型的燃烧效率特性.燃烧室的燃烧效率特性是指在一定的进口条件下，燃烧效率随余气系数a的变化关系。图述:在气流状况一定的情况下，有个最高燃烧效率值，一般是发动机的巡航设计点偏离这个点所对应的a值，燃烧效率都将下降，在偏富一边下降变化陡些，偏贫一边下降变化平缓些。效率下降原因：在偏富一侧：（1）头部在设计状态时本来就是富油（~0。4）,这时由于供油量的增加就更富，于是过多的油要吸热蒸发，使头部温度下降，燃烧反应速度减慢。（2）供油量过多容易造成较大油珠的数量增加，在走完火焰筒全程时尚未燃烧。（3）头部过富油容易产生积炭及冒烟，这不仅使从烃类燃料中析出的C未再反应生成CO，而且会破坏气流结构，影响燃烧区的正常工作。（4）过分的富油往往使炽热区脱离回流区而导致熄火，也容易引起振荡燃烧和由于温度过高而将火焰筒烧坏。在偏贫油一边：在头部燃烧进行得较为充分，因此效率下降得较为缓慢。下降是由于：（1）总的温度较低，较多的冷空气较早地掺入，使得反应速度降低，导致％下降；2）如果喷嘴离心式过低的供油量使离心式喷嘴供油恶化，不仅使得燃烧效率迅速下降，而且也容易造成火焰熄灭.三、问答:理想层流扩散火焰组分分布规律？

在火焰峰面上，燃料浓度为零；（2）氧气浓度在环境处最大，沿着径向到火焰峰面逐渐减小，在火焰峰面上浓度为零；（3） 温度和燃烧产物浓度在峰面上达到最大值；火焰锋面是反应中心（温度最高），为燃料的理论燃烧温度（4） 火焰峰面对燃料和氧气都是不可渗透的，峰面的里面是燃料，外面是氧气。（5） 层流火焰的外形只取决于分子扩散速度，与化学反应速度无关.=1。0=1。0O6与主燃烧室相比，加力燃烧室的工作条件有何特点？由于其工作条件上的特点,在对其基本要求中应该突出强调哪几项？答：特点：（1）进口总压低，气流速度大，进口总温高。（2）二次燃烧，工质含氧量小，惰性成分增加，燃烧效率下降。（3） 加力室中没有转动部件，温度不受过多限制，可达2000K左右；相对富油；不需要火焰筒。（4） 工作状态变化小，不会出现过渡状态下的极度贫油和富油。（5） 余气系数小，含氧量小，燃烧容易不稳定，产生振荡燃烧.基本要求：（1）减小流体阻力。（2）提高燃烧效率，降低发动机的单位耗油率（3）出口温度场尽可能均匀（4）防止振荡燃烧（5）点火和燃烧稳定性好。3.简述加力燃烧室的作用，为什么能加力，和加力燃烧室的温比关系。答：通过在已燃气中喷油燃烧，显著提高燃气的温度和排气速度，从而提高发动机的单位推力和总推力。1。 分子碰撞理论的三个决定因素：方位因子P、分子有效碰撞分数F、碰撞频率Z。2。 活化能与反应热的关系：正反应的活化能与逆反应的活化能之差。3。 连锁反应的三个组成过程：链的激发、链的传递、链的断裂.4。 一维层流火焰结构：预热区、反应区。5。 湍流火焰分类：小尺度湍流火焰（2300〈Re〈6000）大尺度弱湍流火焰（Re〉6000）大尺度强湍流火焰（条件流体微团的平均尺寸〉层流火焰面厚度；脉动速度u'＞层流火焰传播速度u』。6。 课本176页倒数第四个公式以及下面的文字阐述。这个方程可表述为在分界面的液体侧传输到油滴表面的质量传输等于气相对流项（斯蒂芬流）和菲克扩散量D2t 厂dK

之和7。 D2定律：二d2-Kt可见油珠直径越小，直径缩小率越大，也就是说，大油珠在蒸发(和燃烧)后期直径缩小得更快.直径越大蒸发越慢 油珠直径的平方与时间的线性变化关系8。 振荡燃烧的类型：纵向振荡、横向振荡、径向振荡。9。 开加力时发动机微喷管的调节方式：扩大尾喷口面积。10。 扩散燃烧：在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依靠分子扩散和整体对流运动使反应物分子在某一个区域混合，接着进行燃烧反应。11。 流阻系数是一个只反映燃烧室之和7。 D2定律：二d2-Kt可见油珠直径越小，直径缩小率越大，也就是说，大油珠在蒸发(和燃烧)后期直径缩小得更快.直径越大蒸发越慢 油珠直径的平方与时间的线性变化关系8。 振荡燃烧的类型：纵向振荡、横向振荡、径向振荡。9。 开加力时发动机微喷管的调节方式：扩大尾喷口面积。10。 扩散燃烧：在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依靠分子扩散和整体对流运动使反应物分子在某一个区域混合，接着进行燃烧反应。11。 流阻系数是一个只反映燃烧室在流体力学完善性的参数，对确定的燃烧室流阻系数是一个定值12。 主燃烧室按结构可分为单管燃烧室环管燃烧室环形燃烧室三种主要类型13主燃烧室的基本结构1..扩压器2..喷油嘴3.。火焰筒4。.漩流器5.。点火器6。。联焰管14燃烧室性能指标1.。燃烧强度2..燃烧效率3..燃烧稳定性4..出口温度场符合要求5。压力损失小6。排气污染少7。尺寸小重量轻8.寿命长15.湍流火焰速度影响因素：雷诺数压力温度(4)脉动速度u'ReTPTtTTu'uTtuTtutTuTt(5)混气浓度(化学恰当比或偏富时速度最大)16:与层流相比湍流火焰的特点：火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快(层流的好几倍)火焰稳定的基本条件：1.稳定的点火源2。在高速气流中必须创造条件建立一个平衡点，以满足u二SnL四个守恒混合物质量守恒方程：组分质量守恒方程，动量守恒方程，能量守恒方程火焰筒头部内的气流结构可以分为三个区域即：顺流区、逆流区、过渡区20。湍流流动的主要特点：1)湍流流场具有完全不规则的瞬息变化的运动特征。(2)湍流流场中，各种物理量都是随时间和空间变化的随机量。(3)湍流流场中，流体微团的随机运动在足够长的时间内服从某种数学统计规律。流阻系数一般反映燃烧室结构在流体力学方面的完善性，而总压恢复系数则直接反映燃烧室流体损失的大小，它除了与燃烧室的加热比有关外，主要决定于流过燃烧室的气流平均速度。据气体动力学知识，在燃烧室工作的气流速度范围内流体损失与流速的平方成正比，这也是为定值的原因。燃烧室三大特性：燃烧效率特性、火焰稳定特性(熄火特性)及流阻特性。影响燃烧效率的因素余气系数压力温度燃烧室的进口气流速度6。3在一个大气压力下，贫燃丙烷一空气混合物中自由伸展的绝热火焰传播速度为30cm/s,火焰厚度为2mm。假设n=1o5。如果压力下降为0。25个大气压，求该混合物中自由伸展的绝热火焰传播速度和火焰厚度？解：S〜pn-22〜p-0.25二SL=S|L0.25atm L1atm( 1SL0.25atm二1.41S=42cm/sL1atmp-1〜 〜p-n2〜p-0.75pn-22L二80.25atm(0.25H75二2.8281atm\1atm8 =5.6mmf0.25atm1。1一个小型低辐射、固定的燃气涡轮发动机，当它在全负荷(功率为3950KW)条件下工作时，空气的质量流量为15o9kg/s，混气的当量比为0。286o假设燃料(天然气)的等效组成可表示为C1°16H4.32，试

确定燃料的流量和发动机的空燃比?【解】已知：①二0.286M=28.85q 二15.9kg/s,r,a m,aM=1.16x12.01+4.32x1.008=18.286r,f求，（A/F）q.a先求空燃比（A/F）,然后再求订.本例仅用到空燃比和当量比的定义。由（4'F）的定义得：（AF） =4.76a其中'：a=x+y4=1.1@4?324=2.釵^，因此(A.F) =4.76x2.2428.85=16.82stoic 18.286由当量比①的定义得：(4,‘司=U4t=1682=58.8①0.286（A/F）的定义也可写成:=0.270kg/sq q 15.9kgs=0.270kg/smaq=>rna=——q m,f(AF) 58.8m,f11a=—= - =3.497①0.286从本例可看出，即使是在全负荷下工作，供给发动机的空气也是过量的。【例1.3】由 、和组成的混合气体中，的摩尔分数为0.10，的摩尔分数为0。20，该混合气体的温度为1200K,压力为1atm。试确定：（1） 混合物质量比焓和摩尔比焓；（2） 三种组分的质量分数。【解】已知：咒=1【解】已知：咒=1-X-X=1-0.10-0.20=0.70

由理想气体混合物焓的公式得 、hmixhmixXh=X\ho+G(T)一ho)iiCOLf,CO f298CO-+X|~ho+(h(T)-ho)CO2Lf，CO2 f298+X|~ho+(h(T)一ho)N2Lf，N2 f,298N」=0.10[—110,541+28,440]+0.20[-393,546+44,488]CO2+0.70[0+28,118]h=-58,339.1kJ/kmolmix