高等燃烧学讲义第4章(郑洪涛5学时)

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高等燃烧学04章

高等燃烧学04章

高等燃烧学王辉2016-11第四章预混气体燃烧中的爆震波和缓燃波1、本章学习提示⏹爆震波和缓燃波的概念及其产生机理定性分析⏹雨果尼奥曲线的导出及曲线的性质⏹C-J爆震波的速度⏹爆震波的结构⏹可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理⏹爆震极限需要同学们学习的内容⏹什么是爆震波和缓燃波?⏹如何利用雨果尼奥曲线分析爆震波和缓燃波?⏹了解C-J爆震速度的计算⏹认识爆震波的结构⏹认识可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理⏹什么是爆震极限?什么是爆震波和缓燃波?2、燃烧火焰的基本类型回顾⏹燃烧过程中的化学反应区通常被称为“火焰区域flamezone”、“火焰锋面flame front”、“反应波reaction wave”等⏹火焰一般分为两种类型预混火焰:反应前,反应物已经充分混合☐☐扩散火焰:反应中,反应物相互扩散依据燃烧波的存在及其在反应混合物中的传播速度,预混⏹气体的反应一般可分为三类☐爆炸:放热速率极快,在可燃介质中并不是以燃烧波形式推进D fl i☐缓燃:Deflagration,燃烧波以亚音速传播(火焰正常传播、正常燃烧)☐爆震:Detonation,燃烧波以超音速传播缓燃波和爆震波的区别缓燃:⏹火焰正常传播是依靠导热使未燃混气温度升高(或由于扩散使活化的中间产物输运到未燃混气中)而引起反应,从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。

1~3m/s⏹这种传播形式的传播速度,一般不大于13m/s。

⏹传播是稳定的,在一定的物化条件下(例如浓度、温度、压力、混合比),其传播速度是一不变的常数。

爆震:⏹而爆震燃烧波的传播不是通过传热传质发生的,它是依靠激波的压缩作用使未燃混气的温度升高而引起化学反应,从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。

⏹这种形式的传播速度很高,常大于1000m/s ,这与正常火焰传播速度形成了明显的对照。

⏹其传播过程也是稳定的。

3、爆震波和缓燃波的定性区别以一维管流为例:无限长管道中的情况:p1ρ1p2ρ2 u1u2T1 h1T2h2波前波后燃烧波以u1向左运动,可以看作未燃气以u1向燃烧波运动,而波前是静止的(把坐标系固定在燃烧波上)。

工程燃烧学讲义-绪论-第1--5章

工程燃烧学讲义-绪论-第1--5章
Vk/V0=α或β
漏风系数和空气平衡
漏风系数与理论空气量之比:Δα/V0
气体燃料燃烧时的空气量计算
第三节:燃烧烟气量计算
理论烟气量计算
理论烟气量:1公斤燃料完全燃烧所生成的烟气量;
完全燃烧时的实际烟气量计算
需考虑过量空气量及其所带水分的影响
不完全燃烧时烟气量的计算
理论烟气量没有变化,但实际烟气量相对于完全燃烧 时要增大;如果不完全燃烧只产生CO,烟气中碳燃烧 产物的总体积不变,但总的烟气体积会增大
• 不可燃元素,越少越好。
第二节:燃料的组成和特性
燃料的化学成分和性质-煤的元素分析
氮(N) • 不可燃且有害元素,高温下形成氮氧化物
硫(S) • 可燃且有害元素,燃烧时形成硫氧化物; • 煤炭中以S、FeS2及各种硫酸盐形式存在;气体燃料中 以H2S形式存在。
灰分(A) • 燃料完全燃烧后的残渣,属有害物质。越少越好。
燃烧过程的监测、诊断与控制
本课程的学习方法
从日常生活中最简单的燃烧现象开始思考; 多阅读一些有关燃烧技术、燃烧设备的杂志和书; 充分认识到燃烧现象的复杂性,学会利用燃烧理
论来解释日常生活和实际产生过程中的燃烧现象; 要记住概念、方法和要领以及物理意义; 不要死记公式; 不要死记推导过程;
解决能源与环保问题的迫切需要 • 能源的概念与分类
– 一次能源与二次能源 – 清洁能源与非清洁能源 • 能源的主要构成:化石能源 • 节能减排的关键----燃烧过程
几种主要的能源生产过程 • 燃煤发电厂 • 燃油(气)发电厂 • 水力发电站 • 风力发电站 • 核电站

几种电力生产过程
核电厂简介
工程燃烧的研究及发展

高等燃烧学复习题参考答案集

高等燃烧学复习题参考答案集

《高等燃烧学》习题集与解答第一章绪论1、什么叫燃烧?答:燃烧标准化学定义:燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应。

燃烧的广义定义:燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应,不一定要有氧气参加。

2、燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征。

答:燃烧的本质是一种氧化还原反应。

它的特征是:放热、发光、发烟并伴有火焰。

3、如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件,可以提出哪些防火和灭火方法?答:可燃物、助燃物和点火原始燃烧的三要素,要发生燃烧,可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度,点火源要有一定的温度和足够的热量。

根据燃烧的条件,可以提出一下防火和灭火的方法:防火方法:a、控制可燃物;b、隔绝空气;c、清除点火源灭火方法:a、隔离法;b、窒息法;c、冷却法;d、抑制法4、我国目前能源与环境的现状怎样?电力市场的现状如何?如何看待燃烧科学的发展前景?答:我国目前能源环境现状:一、能源丰富而人均消费量少我国能源虽然丰富,但是分布不均匀,煤炭资源60%以上在华北,水力资源70%以上在西南,而工业和人口集中的南方八省一市能源缺乏。

虽然在生产方面,自解放后,能源开发的增长速度也是比较快,但由于我国人口众多,且人口增长快,造成我国人均能源消费量水平低下,仅为每人每年0.9吨标准煤,而1 吨标准煤的能量大概可以把400吨水从常温加热至沸腾。

二、能源构成以煤为主,燃煤严重污染环境从目前状况看,煤炭仍然在我国一次能源构成中占70%以上,成为我国主要的能源,煤炭在我国城市的能源构成中所占的比例是相当大的。

以煤为主的能源构成以及62%的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用,成为我国大气污染严重的主要根源。

据历年的资料估算,燃煤排放的主要大气污染物,如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等,对我国城市的大气污染的危害已十分突出:污染严重、尤其是降尘量大;污染冬天比夏天严重;我国南方烧的高硫煤产生了另一种污染——酸雨;能源的利用率低增加了煤的消耗量。

大学课件燃料与燃烧

大学课件燃料与燃烧

内在水分inherent moisture 又称固有水分,需要在较高温度 下才能从煤中除掉。
挥发分V
特点:并不是以固有的形态存在于煤 中,而是煤在加热过程中分解后析出的 产物。 组成:主要由各碳氢化合物、氢、 一氧化碳、硫化氢等可燃气以及少量 氧、二氧化碳、氮气等不可然气组成 坩埚 马弗炉
第一篇 第二篇 第三篇 第四篇
燃料概论 燃烧反应 燃烧基本原理 煤的气化 燃烧方法与燃烧装置
固体燃料
内容概要
液体燃料
16
固体燃料的燃烧 15
液体燃料的燃烧 14
1
2 3
气体燃料
空气需要量和 4 燃烧产物生成量
气体燃料的燃烧
13 12
燃料及燃烧
5 燃烧温度
6 10 9
着火过程
火焰的结构及稳定
11
异相燃烧
含量低于100ppm的,称之为痕量元素,多指重金属
在100~1000ppm之间的,称为次量元素,常指矿物质
高于1000ppm的,为主量元素,即指碳、氢、氧、氮、硫 重金属:铅、铬、铜、锌等 矿物质:钙、硅、铝、铁、镁等
煤的元素分析(Ultimate analysis of coal)是指对煤中的碳
•C(固定 碳和挥发 分中的C) •H •S(可燃 硫 和硫酸 盐硫)
外部杂质 M(内、外)、A

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
工业分析成分构成(Proximate analysis):水分、灰分、
挥发分和固定碳;其中灰分和固定碳合称为焦炭
第一章 固体燃料
煤是古代植物埋藏在 地下经历了复杂的生 物化学(缺氧、厌氧 细菌分解)和物理化 学(温度、高压、地 壳运动),变化逐渐 形成的固体可燃性矿 物 我国能源资源中煤炭 在一次能源消费结构 中约占70%,是世界 上为数不多的以煤为 主要能源的国家。

《燃烧学讲义》课件

《燃烧学讲义》课件

未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战,如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导,推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式,具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域,是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究,可以了 解燃烧反应的快慢程度,进而优化燃 烧条件,提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。

哈工大能源学院高等燃烧学课件-燃烧理论-4-1

哈工大能源学院高等燃烧学课件-燃烧理论-4-1

波前和波后的参数值反映了波内的物理过程。
爆震波和缓燃波参数的比较(C1=音速) 参数 爆震波 缓燃波
u1/ C1
u2/ u1 P2/ P1 T2/ T1 ρ2/ρ1
5~10
0.4~0.7(减速) 13~55(压缩) 8~21(加热) 1.7~2.6 (压缩)
0.0001~0.03
4~16(加速) ~0.98(略膨胀) 4~6(加热) 0.06~0.25(膨胀)
在一端或两端都开口的管中充满预混气:
在开口点燃:一个燃烧波产生并向另一端传播,燃烧波可以达 到一个稳定的速度,不会加速形成爆震波。 在封闭端点燃:反应后的炽热气体像一个活塞,把反应前沿推 向未燃气,这类波可以加速变成爆震波。
二、Hugoniot 曲线
假设:1)定常一维流动; 2)忽略体积力; 3)没有外部加热或向外散热; 4)忽略成分的相互扩散。
n ATg exp( E / RTg )

Nu * 2,
Nu * ~ (u d p )1 / 2 u ~ dp
d p ~ Tg n exp(E / RTg )
对不变的Tg 对不变的u
液滴着火和灭火的简化分析(续)
• 用类似方法可导出灭火条件 • 也有既不能着火,但燃烧时也不灭火的参数条件 • Tg比Yox对着火影响强, Yox比Tg 对灭火影响强
定义对同样的燃料若环境温度和氧浓度不变忽略nu的变化则滴径平方的线性递减率成立s200微米液滴寿命004秒液滴生存时间蒸发常数无论有无燃烧液滴蒸发率均与反应动力学无关只有对不变的环境氧浓度温度和nu数滴径平方的线性递减率成立液滴蒸发和燃烧有四种状态
第四章液体燃料滴的燃烧
第一节 引言 • 基本现象1: 液体燃料燃烧有液面燃烧, 液雾燃烧, 预蒸发燃烧 • 基本现象2: 液体燃料燃烧经常发生于气 相, 经常是扩散燃烧, 燃烧速率和液体密 度成反比 • 液雾燃烧本身又有预蒸发燃烧, 液滴扩 散燃烧以及二者的混合 • 对液雾燃烧而言, 研究液滴的蒸发和燃 烧是重要的

燃烧学讲义-第4章燃烧物理基础

燃烧学讲义-第4章燃烧物理基础
dy
〔3〕除壁面附近的流动外,出现湍流切应 力最大值的地方,速度梯度 d w x 也最大。
dy
〔4〕切应力的正负符号与 d w x 的一样。
dy
等效湍流粘性力假设
Bossinesq假定湍流附加切应力也正比于平 均的横向速度梯度,并引进等效湍流粘性系 数 t和 t
wywx
t
dwx dy
t
dwx dy
是流体的物性,一般为常数,虽流体种 类和温度T而改变.
t 不是流体物性,而是湍流的特性。 ∴ t = f(Re, x, y, z, 粗糙度)
一般t通过实验求得。
引入一个实验确定的量l或t,使得方程组变
为:
连续方程与动量方程,方程数为3+1=4
4个未知量
3个时均速度 1个时均压力
w x w y wz
等效湍流粘性力假设〔0方程模 型〕
普朗特假定
湍流切应力的大小是由流体微团速度脉动wy´引起的在 l 范围内横向动量转移来确定的。
y+l
wx ( y l) 通过单位横向面积 df dxdz 的
w2
y
wx ( y)
流体质量应为 wy
y-l
w1
wx ( y l)
x
横向转移的动量为 (wy )wx 经时均化处理后 wywx
认为:在混合长度范围内wx´≈wy´≈wz´是同一个数量级, 那么 w w1x'w 12x((|y)w 1w |x(|yw12)| ) ddw yxl w x1 2(d d w yxld d w yxl)d d w yxlw yw z
w2wx(yl)wx(y)ddw yxl
普朗特假定
湍流切应力
wywxl2ddw yx2l2

高等燃烧学

高等燃烧学
d

q g ql C P
dT d
15
Tc——着火温度
图3-5 非绝热条件下的热量平衡
16
a点—稳定点;b点—平衡点,不稳定点;c点—不稳定点,着火临界点
二、非绝热条件下的自燃过程
自燃的临界条件:
(q g ) C (ql ) C
dql ( )C ( )C dT dT dqg
17
氧化的极限状态,即为点燃的临界状态。
dT ( )w 0 dx
(4 )
(1)(3)(4)联立,可求解。 但分析解很难,只能求近似解。
28
温度不同的热物体点燃时的温度分布
二、点燃热力理论

双区理论:

反应区 —— 反应进行比较迅速,反应的热量也主要由这一区域放出。 导热区 —— 不进行化学反应,只从反应区导出热量(以外区域)。
图3-4 绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化
二、非绝热条件下的自燃过程

非绝热条件下自燃的发生是有条件的,是散热 和放热综合作用的结果。 散热

即各组分扩散速度的总和不为 0 。 q S (T T ) / V
l 0


能量平衡 Vq g [ C PV dT S (T T0 )] 0
三、自燃界限
T0c——自燃温度,一般 T0c≈TC ⑴ 维持着火的燃料浓度限 ⑵ 一定p,T↓或一定T,p↓→着火范围变窄 ⑶ 一定p,T↓↓或一定T,p↓↓→任意浓度下 不会着火


⑷ 容器散热程度↑→着火范围变窄
18
三、自燃界限
19
图3-12 一定压力下着火温度与成分的关系
三、自燃界限
9
dC dT ) C pV 0 d d
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第四章 化学动力学——
4.3 多步反应机理的反应速率——②净生成率的简洁表达式 • 由于反应机理可能包括多个基元步骤和多个组分,有必要 开发一个同时表示机理和单个组分生成速率方程的简洁符 号表达方法。对于反应机理,表达式可以写为
• 式中, 和 是对应于j 组分在i 个反应中,方程两边反应 物和生成物的化学当量系数。例如,考虑上述4个反应,包 括8个组分O2、H2、H20、H02、O、H、OH和M。i 和j 定义如下:
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 以温度来表示就有 • 其中, kB=玻耳兹曼常数=1.381×10-23J/K; • =折合质量, • mA和mB是组分A 和B 的质量,单位是kg; • T=热力学温度(K)。 • 注意到平均速度是将式 中 的单个分子质量用折合质量μ来代替求得的。将上述理论 与反应速率问题联系起来,可以写出
• 或 • 式中,NAV是阿伏加德罗常数(6.022×1026kmol-1)。
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 碰撞是否发生反应的概率可以认为是两个因素影响的结果: • 一个是能量因子exp(-EA/RuT),表示能量高于反应所需极限 值条件下发生碰撞的比例份额,这个极限值EA叫作活化能; • 另一个因素是几何因素,位阻因子p,它计入了A和B之间碰 撞的几何因素。 • 例如,在OH和H形成H2O的反应中,鉴于产物有H-O-H形式的 键,可以认为H原子在羟基的O一侧碰撞比H一侧更容易发生 反应。一般地,位阻因子应该远小于1,当然也有例外。 • 这样,上式就变为: • 式中,采用了nA/V=[A]NAV和nB/V=[B]NAV进行置换。
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 式中 是平均速度,其值是温度的函数。 • 上式仅适用于性质相同的分子。我们把这一分析推广到两 种不同分子之间的碰撞过程。设这两种分子的硬球直径分 别为σA和σB。碰撞所扫过的体积的直径为σA + σB=2σAB。因此, 上式变为: • 上式表示单个A分子与所有B分子碰撞的频率。 • 我们感兴趣的则是所有的A和B分子的碰撞频率,即单位时 间单位体积内的总碰撞数。因此,可以用单个A分子碰撞频 率与单位体积内的A分子数乘积得到。采用合适的平均分子 速度,有
第四章 化学动力学——4.1
总包反应与基元反应
• 例如,a个氧化剂分子同时与一个燃料分子碰撞并形成b个 产物的分子,就需要同时断裂几个键并同时形成多个新键, 实际上这是不可能的。事实上,这个过程发生了一系列连 续的包含许多中间组分的反应。例如,考虑下面的总包反 应: 2H2 + O2 → 2H2O • 要实现这一纯氧和氢形成水的总包反应,以下几个基元反 应在所有反应机理中最为重要: H2 + O2 → HO2 + H (1) H + O2 → OH + O (2) OH + H2 → H2O + H (3) H + O2 + M → HO2 + M (4)
高等燃烧学
第四章 化学动力学
主讲人:郑洪涛
第四章 化学动力学
4.1 总包反应与基元反应 4.2 基元反应速率 4.3 多步反应机理的反应速率 4.3.1 净生成率 4.3.2 净生成率的简洁表达式 4.3.3 反应速率常数与平衡常数之间的关系 4.3.4 稳态近似 4.3.5 单分子反应机理 4.3.6 链式反应和链式分支反应 4.3.7 化学时间尺度 4.3.8 部分平衡 4.4 小结
• 式中,A是一个常数,称作指前因子或频率因子。将上述两 式进行比较,基于碰撞理论可以看到,A严格来讲不是常数, 而与T1/2相关。 • 采用k的对数与l/T的阿累尼鸟斯曲线来整理实验数据,可 以获得活化能的数值,这一曲线的斜率是-EA/Ru。
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 尽管用阿累尼乌斯形式来整理实验数据作表的方法很常见, 但现常用下面的三参数函数形式来表示: • 其中,A、b和EA是三个经验参数。
• 将上式与 理论的双分子反应常数是
进行比较,可以得到基于碰撞
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论
• 但是,碰撞理论并没有给出确定活化能和位阻因子的方法。 通过分子结构的知识来描述键断裂和形成的过程的更先进 的理论,即活化络合物理论(过渡态理论),就可以从最基 本的原理出发计算kbimolec。 • 如果研究问题的温度范围不是很大,双分子反应速率常数 可以用经验的阿累尼鸟斯公式来表示,即
第四章 化学动力学——
4.3 多步反应机理的反应速率——①净生成率 • 前面几节引入了从反应物到生成物的一系列基元反应的概 念,称为反应机理。 • 知道如何表达基元反应的速率后,就可以用数学方法来表 达参与一系列基元反应的某个组分的生成或消耗的净速率。 • 例如,回到H2-O2反应机理,即以反应(1)到反应(4)不完全 表示的机理,包括正反应和逆反应: (1) (2) (3) (4) …… ……
第四章 化学动力学——4.1
总包反应与基元反应
• 化学反应速率控制着燃烧的速率、污染物的形成与消亡。 • 1mol 的燃料和a mol的氧化剂反应形成b mol的燃烧产物 的总反应可以用下面的总包反应机理来表示: F + aOx → bPr • 通过实验测量,反应中燃料消耗的速率可以用下式表示: 式中,符号[Xi]表示混合物中第i种组分的浓度(SI单 位是kmol/m3或CGS单位是mol/cm3)。 • 上式表明燃料的消耗速率与各反应物浓度的幕次方成正比, 比例系数kG叫作总包反应速率常数。 • 一般来说kG不是常量,而是温度的高相关函数。 • 负号表示燃料的浓度随时间变化是减少的。指数n和m相应 指的是反应级数。
第四章 化学动力学——
4.3 多步反应机理的反应速率——①净生成率 • 式中,kfi和kri是第i个反应中基元的正反应和逆反应的速率 常数。因此,对于O2的净生成率,就可以表达成每一个生成 O2的基元反应速率的和减去每一个消亡O2的基元反应速率的 和,即:
• 对于H 原子有
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——其他基元反应 • 单分子反应,是指包含了单个组分通过重新组合(异构化或 分解)以形成一种或两种组分,即 A → B ; 或 A → B + C • 单分子反应的例子包括对于燃烧过程十分重要的典型离解 反应,如O2 → O + O, H2 → H + H等。 • 在高压的情况下,单分子反应是一阶的,即反应速率为 • 在低压的情况下,反应速率还与任意分子M的浓度有关,因 为反应的分子可能与其碰撞。在这种情况下, • 解释这一有趣的现象,需要采用一个三步的机理。对此机 理,需要探索一些新的概念。
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——其他基元反应 • 三分子反应包括三个反应物组分,相应于在低压时单分子 的逆反应。三分子反应的一般形式是 A + B + M → C + M • 在燃烧过程中,像 H + H + M → H2 + M 和 H + OH + M → H20 + M 这样的重组反应都是重要的三分子反应。三分 子反应是三阶的,其速率可以表示为 • 式中,M 同样是任意分子,通常被称为第三体。当A和B是 同一组分时,如在 H + H + M 中,上式的右侧必须乘上2, 因为在形成C的过程中有两个A分子消失。 • 在自由基-自由基反应中,第三体的作用是携带走在形成稳 定的组分时释放出来的能量。在碰撞的过程中,新形成的 分子的内能传递给第三体M,成为M的动能。没有这一能量 的传递,新形成的分子将重新离解为组成它的原子。
• 其中,设两种表示方法的活化能EA相等。 • 求解位阻因子只需直接解上式,要注意单位的统一,解得
• 查表4.1,上式中的参数为
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论
• 代入得:
• 单位检验:
• 求得的p值等于0.075,远小于1,说明了简化理论的不足。

第四章 化学动力学——
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 例4.1温度为2000K,硬球直径为σO=3.050A,σH2=2.827A, 实验得到的反应参数见表4.1。求下列反应的碰撞理论位阻 因子: 0+H2 → OH 十H • 解:令碰撞理论速度系数等于三参数经验速度系数,得到
第四章 化学动力学——4.1
总包反应与基元反应
• 在这一氢燃烧的部分反应机理中,从反应(1)看到,当氧分 子与氢分子碰撞并反应时,不是形成水,而是形成了一个 中间产物——过氧羟基H02和另一自由基氢原子H。 • 基团或自由基是指具有反应性的分子或原子,拥有不成对 的电子。 • H2和O2形成HO2,只有一个键断裂和一个键形成。 • 在反应(2)中,氢原子与氧反应形成两个新的基团OH和O。 • 反应(3)中,羟基OH和氢分子反应形成水。 • H2和O2燃烧的完全描述,需要考虑20个以上的基元反应。 • 为描述一个总体反应所需要的一组基元反应称为反应机理。 • 反应机理可包括几个基元反应,也可包括多达几百个反应。 • 目前一个活跃的研究领域就是如何选择最少量的基元反应 来描述一个特定的总包反应。
第四章 化学动力学——
4.2 基元反应速率——双分子反应和碰撞理论 • 燃烧过程涉及的大多数基元反应是双分子反应,即两个分 子碰撞并形成另外两个不同的分子。对任一双分子反应, 可以表达为: A+B→C+D • 双分子反应速率正比于两种反应物的浓度(kmol/m3),即 • 所有的双分子基元反应都是二阶反应,即相应于每一反应 物是一阶的。反应速率常数 m3/(kmol.s)仍是温度的函数, 与总包反应速率常数不同的是这个系数有其理论基础。 • 采用分子碰撞理论可以对上式有深入的理解,并可以解释 双分子反应速率常数和温度的关联性。 • 虽然用于双分子的碰撞理论还存在很多缺点,但它提供了 一种可图释双分子反应的方法。
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