《工程燃烧学》课件

《工程燃烧学》课程简介本课程将介绍燃烧的基本原理，探讨燃烧现象及其在工程中的应用，为学生打下坚实的工程燃烧学基础。课程学习目标1掌握燃烧基本理论包括燃烧过程、化学反应动力学、火焰传播和稳定性等2了解各种燃料性质涵盖燃料的物理化学性质、热分解、喷雾特性等3学习燃烧设备设计包括燃气轮机、柴油机、汽油机等燃烧室设计原则和方法4掌握燃烧污染物控制技术了解燃烧排放污染物的类型、形成机理和控制方法燃烧基础知识燃烧定义燃烧是物质与氧化剂之间的一种快速化学反应，伴随发光和放热现象。燃烧条件可燃物、氧化剂、温度达到燃点。燃烧类型根据燃烧过程和火焰形态，可分为扩散火焰、预混火焰等。反应动力学化学反应速率研究反应速率受温度、压力、浓度等因素的影响。活化能反应进行所需的最低能量，决定了反应速率的大小。反应机理阐明反应过程中的步骤和中间产物，帮助理解反应过程。燃料的物理化学性质密度燃料的密度是指单位体积燃料的质量，对燃烧过程的影响很大。燃烧热燃烧热是指单位质量燃料完全燃烧时所释放的热量，是燃料的重要指标。粘度燃料的粘度是指燃料抵抗流动的能力，影响燃料喷雾和混合过程。挥发份挥发份是指燃料在特定温度下挥发的物质，影响燃料着火性能和燃烧稳定性。有机燃料的热分解热解在没有氧气的情况下，有机燃料受热分解成气体、液体和固体产物的过程。气体产物主要包括可燃气体，如氢气、一氧化碳和甲烷。液体产物主要包括焦油和水，其中焦油是复杂的混合物。固体产物主要包括炭，是燃料的残余物，具有较高的碳含量。扩散火焰燃料与氧化剂扩散火焰中，燃料和氧化剂相互扩散并混合。混合层在混合层中，燃料和氧化剂发生化学反应，产生火焰。热量传递火焰释放热量，促进燃料和氧化剂的进一步混合和燃烧。预混火焰定义燃料与氧化剂在燃烧前已充分混合，燃烧过程由火焰前沿的化学反应控制。特征燃烧速度快，火焰稳定性高，可用于各种燃烧设备。动力学控制过程化学反应速度燃烧反应的速率受温度、浓度和催化剂影响.活化能反应开始所需的最小能量,活化能越低,反应越快.扩散速率燃料和氧化剂的混合速率影响燃烧过程.热量传递热量的传递影响火焰的传播和稳定性.火焰稳定性火焰稳定条件燃烧过程中，火焰保持在某一位置稳定燃烧。影响因素流速、混合比、温度等因素都会影响火焰的稳定性。稳定性指标熄火极限、回火极限等参数可以衡量火焰的稳定性。燃料喷雾特性喷雾角度喷嘴设计影响喷雾角度，影响混合效率液滴尺寸液滴尺寸影响蒸发速度和燃烧效率喷雾分布喷雾分布影响混合均匀性喷雾流动与蒸发过程1喷雾形成燃料喷射器将液体燃料分解成细小的液滴。2喷雾流动液滴在气流中运动，受到空气阻力、重力等因素的影响。3蒸发液滴表面上的液体蒸发成气态燃料。混合过程及其动力学燃料与空气的混合燃烧过程中，燃料与氧化剂的混合是至关重要的步骤。混合程度直接影响燃烧效率和排放。湍流混合湍流可以显著提高混合速率，但同时也会增加混合过程的复杂性。混合时间混合时间是评价混合效率的重要参数，它与燃料和氧化剂的性质、混合设备的结构和操作条件有关。火焰传播机理火焰前锋火焰前锋是燃烧反应区和未燃混合物之间的界面。扩散火焰燃料和氧化剂在混合过程中发生燃烧反应，形成扩散火焰。预混火焰燃料和氧化剂已预先混合，在火焰传播过程中发生燃烧反应。火焰传播速度计算火焰传播速度是一个重要的参数，影响着燃烧过程的稳定性和效率。计算方法包括实验测量和理论模型。理论模型需要考虑火焰结构、化学反应、热量传递等因素。喷雾燃料燃烧理论1混合控制喷雾燃料燃烧过程通常受混合控制，燃料蒸发和与空气混合是影响燃烧的关键因素。2喷雾特性喷雾的粒径分布、速度和浓度影响着混合和燃烧效率。3燃烧模型为了预测喷雾燃料燃烧，需要使用复杂的燃烧模型，考虑火焰传播、热量传递和化学反应。柴油机燃烧过程1预混燃烧燃料与空气混合，发生燃烧2扩散燃烧燃料与空气扩散混合，发生燃烧3燃烧阶段点火延迟，快速燃烧，后燃汽油机燃烧过程1混合气形成进气门开启，新鲜空气与汽油混合2点火火花塞点燃混合气，形成火焰核3火焰传播火焰迅速向未燃混合气传播4燃烧完成混合气完全燃烧，产生高温高压气体燃气轮机燃烧室设计燃烧效率燃气轮机燃烧室设计需要优化燃烧效率，以最大限度地提高燃料的热能转化为机械能。排放控制降低氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物等有害排放，满足环境法规要求。稳定性确保燃烧稳定，防止火焰熄灭或回火，保证燃气轮机安全运行。燃烧排放污染物二氧化碳主要温室气体，对气候变化有重大影响。氮氧化物造成酸雨和光化学烟雾的主要污染物。硫氧化物导致酸雨和呼吸道疾病的污染物。颗粒物细颗粒物对人体健康危害极大，可导致呼吸系统疾病。污染物排放控制技术烟气脱硫降低二氧化硫排放的技术，包括石灰石-石膏法、氨法、海水脱硫法等。烟气脱硝减少氮氧化物排放的技术，如选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）等。颗粒物控制去除烟气中的颗粒物，包括布袋除尘器、静电除尘器、旋风除尘器等。VOCs控制治理挥发性有机化合物排放，包括燃烧法、吸附法、冷凝法、生物法等。火灾事故分析事故现场调查收集证据，例如目击者证词、监控视频和物证。火灾起因分析确定火灾的直接原因，例如电气故障、机械故障或人为因素。火灾蔓延过程分析研究火灾的传播路径，包括火势蔓延速度、燃烧面积和热量释放。人员伤亡及财产损失评估评估火灾造成的直接损失，包括人员伤亡、财产损失和环境污染。火灾模拟及预测1数值模型使用计算机程序模拟火灾行为，例如火势蔓延、热量释放和烟雾扩散。2实验验证通过实验证据验证模型的准确性，例如小型火灾实验或大型火灾试验。3预测结果根据模拟结果预测火灾风险，例如火势蔓延速度、人员疏散时间和火灾损失。燃料电池工作原理化学反应燃料电池将燃料中的化学能直接转化为电能，无需燃烧。氢气大多数燃料电池使用氢气作为燃料，氢气与氧气反应生成水，释放能量。电化学反应过程中产生的电子通过外部电路，形成电流，为设备供电。燃料电池技术发展燃料电池技术的研发历史可以追溯到19世纪，随着技术进步和能源需求增长，近年取得显著进展，燃料电池技术不断成熟。燃料电池技术在汽车、电力、建筑等领域具有广泛应用潜力，是实现低碳、清洁能源的重要方向，未来发展前景广阔。燃料电池技术面临的关键挑战包括成本高、寿命短、效率低等问题，需要持续研究和创新以突破技术瓶颈。生物质能的利用1可再生能源生物质能是一种可再生能源，可以持续利用，减少对化石燃料的依赖。2环境友好生物质能燃烧产生的二氧化碳量与植物生长过程中吸收的二氧化碳量基本相同，属于碳中和能源。3多种形式生物质能可以多种形式利用，例如：直接燃烧、气化、液化等。洁净煤技术燃煤脱硫技术利用各种方法降低燃煤烟气中的二氧化硫含量，减少酸雨污染。燃煤脱硝技术通过选择性催化还原等技术，降低燃煤烟气中的氮氧化物排放，保护空气质量。燃煤除尘技术采用先进的除尘器，有效去除燃煤烟气中的粉尘颗粒，减轻空气污染。高效煤燃烧技术提高燃烧效率，减少煤炭消耗，降低二氧化碳排放。节能减排技术可再生能源利用太阳能、风能等可再生能源，减少化石燃料的使用。提高能源效率采用节能灯具、高效电机等，降低能耗。污染物排放控制使用烟气脱硫、脱硝等技术，减少污染物排放。可再生能源利用1太阳能太阳能是利用太阳的光和热来发电。2风能风能是利用风力来发电。3水能水能是利用水流的动能来发电。4地热能地热能是利用地球内部的热能来发电。实践应用案例本课程将结合实际工程应用案例，深入探讨工程燃烧学原理在不同领域中的应用。例如：燃气轮机燃烧室设计与优化内燃机燃烧过程控制与排放治理火灾安全防