第2章_燃烧物理学基本方程
【2017年整理】燃烧学复习重点
第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧？2、浓度和化学反应速度正确的表达方法？化学反应速度如何计量？3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应？4、质量作用定律的适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。
5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？7、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系。
8、惰性组分如何影响化学反应速率？9、Arrhenius定律的内容是什么？适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律？10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热（吸热）之间的关系。
12、什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。
14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合编程技术，绘制氢原子浓度随时间变化的图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。
并讨论：分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？15、烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？如何防止烃类燃烧析碳？16、图解催化剂对化学反应的作用。
17、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·查德里反抗规则的内容是什么？18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量？19、试用本章的知识解释，从燃烧学的角度来看，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？20、过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？21、燃烧过程中，有几种NOx的生成机理？第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1．为什么说混合与传质对燃烧过程很重要？2．什么是传质？传质的两种基本形式是什么？3．什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）4．湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？5．试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数，以及和周围气体进行传质的Nu zl数。
燃烧的化学方程
燃烧的化学方程燃烧是一种常见的化学反应，通过氧气与其他物质的反应产生能量和生成新的物质。
在这篇文章中，我们将深入探讨燃烧的化学方程，并讨论其在日常生活和工业中的应用。
首先，让我们了解一下燃烧的基本概念。
燃烧通常是指物质与氧气发生快速氧化反应的现象。
要发生燃烧，物质必须具备三个要素：可燃物质，氧气和能使反应发生的燃烧温度。
燃烧的化学方程式可以用来描述燃烧过程中原料和产物之间的化学变化。
对于有机化合物燃烧来说，它们通常包含碳、氢和氧元素。
当一个有机物在氧气的存在下完全燃烧时，产生的主要产物是二氧化碳和水。
例如，让我们考虑丙烷完全燃烧的化学方程式：C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O在这个方程中，“C3H8”代表丙烷分子，而“O2”代表氧气分子。
箭头“->”表示反应的进行方向，而反应物和产物之间的数字表示了各自的化学计量比。
方程的左边是丙烷和氧气，右边则是二氧化碳和水。
该反应的化学计量比是基于化合物分子的相对组成，它质量比已经被实验确定。
这意味着，一个丙烷分子和五个氧气分子在反应中完全消耗，产生三个二氧化碳分子和四个水分子。
这个方程还告诉我们燃烧是一个放热反应，释放出大量的能量。
燃烧时放出的能量来自于化学键的断裂和形成，化学键的形成释放能量，而斩断化学键则需要吸收能量。
燃烧的化学方程还可以被用来计算燃烧反应中的能量变化。
燃烧反应的能量变化也称为焓变，可以使用标准焓变来计算。
标准焓变是指在标准温度（通常为298K）和标准压力下，从基态的单质元素形成一个摩尔化合物所释放或吸收的能量。
利用燃烧的化学方程和标准焓变，我们可以计算出燃烧反应的热效应。
这在实践中非常重要，因为它可以帮助我们估计燃料的热值（产生的能量）以及燃烧过程中产生的废气的成分。
除了在实验室中研究和计算方程式外，燃烧的化学方程还有许多实际应用。
在日常生活中，我们常常使用燃料燃烧来供应能量，如煮饭、取暖和驱动车辆。
不同燃料的化学方程不同，因此它们产生的热值也有所不同。
工程燃烧学复习要点
绪论、第一章1、从正负两方面论述研究燃烧的意义。
（P5）①研究如何提高燃烧效率，保证燃烧过程的稳定性和安全性，节约能源，并充分利用新能源；②如何防止抑制火灾及矿井瓦斯或具有粉尘工厂存在的爆炸危险性，减少有用燃烧过程中的工业污染问题。
2、不同的学科研究燃烧学各有什么侧重点？（P5）实验研究：对于生产中提出的燃烧技术问题主要还只能通过实验来解决。
并发展出诊断燃烧学。
理论分析：主要为各种燃烧过程的基本现象建立和提供一般性的物理概念，从物理本质上对各种影响因素做出定性分析，从而对实验研究和数据处理指出合理、正确的方向。
3、从化学观点看，燃烧反应具有的特征是什么？（物质能量总体是下降的）（P6）氧化剂和燃料的分子间进行着激烈的快速化学反应，原来的分子结构被破坏，原子的外层电子重新组合，经过一系列中间产物的变化，最后生成最终燃烧产物。
这一过程，物质总的热量是降低的，降低的能量大都以热和光的形式释放而形成火焰。
4、燃烧过程的外部特征是什么？①剧烈的氧化还原反应②放出大量的热③发光5、化学爆炸与火灾的关系？（PPT）1）紧密联系，相伴发生2）某些物质的火灾和爆炸具有相同的本质，都是可燃物与氧化剂的化学反应。
3）主要区别：燃烧是稳定的和连续进行的，能量的释放比较缓慢，而爆炸是瞬时完成的，可在瞬间突然释放大量能量。
4）同一物质在一种条件下可以燃烧，在另一种条件下可以爆炸。
（煤块燃烧与煤粉爆炸）5）在存放有易燃易爆物品较多的场合和某些生产过程中，可发生火灾爆炸的连锁反应，先爆炸后燃烧、先燃烧后爆炸。
6、按化学反应和物理过程之间的关系，燃烧包括哪三种类型？（P5）1）动力燃烧（动力火焰）：主要受燃烧过程中的化学动力因素所控制，如着火、爆炸；2）扩散燃烧（扩散火焰）：主要受流动、扩散和物理混合等因素控制，如液体燃料滴、碳粒、蜡烛；3）预混燃烧（预混火焰）：此时化学动力因素和物理混合因素差不多起同样重要的作用，如汽油发动机、家用煤气炉。
第2章 燃烧物理学基本方程
[
]
[
]
[
]
∂u 2 ∂v 2 ∂w 2 Φ = 2 µ + + ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v 2 ∂v ∂w 2 ∂w ∂u 2 2 ∂u ∂v ∂w 2 + µ + + + ∂y ∂x ∂z ∂y + ∂x + ∂y − 3 µ ∂x + ∂y + ∂z
r ∂ρ + div (ρv ) = 0 ∂t
基本守恒方程
动量守恒方程 运动方程、 运动方程、Navier-Stokes方程 方程 体积力： 体积力：重力、磁力等
DV ρ = f Dt
表面力：压力、粘性力等 表面力：
基本守恒方程
动量守恒方程
∂u Du ∂u ∂u ∂u ρ = ρ + u +v +w ∂t Dt ∂x ∂y ∂z ∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂x ∂x ∂x 3 ∂ ∂u ∂v ∂ ∂w ∂u + µ + + µ + + (∑ ρ i Fi )x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂x ∂z
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
普朗特提出了边界层的概念，假设： 普朗特提出了边界层的概念，假设：
在边界层内垂直于壁面的速度远小于平行于壁面的 速度； 平行于壁面方向的速度梯度、温度梯度以各组分浓 度梯度远小于垂直于壁面方向的相应梯度； 垂直于壁面的压力梯度近似等于零。
高等燃烧简化版
高等燃烧学复习总结 第一章 化学热力学及化学动力学化合物的生成焓：当化学元素在化学反应中构成一种化合物时生成或吸收的能量。
为了定量表述方便，定义了一个标准生成焓：各化学元素在25°C(298K ），1个大气压条件下形成1mol 化合物所产生的焓的增量。
符号：0298f h ∆反应焓：在几种化合物（或元素）相互反应形成生成物时放出或吸收的能量。
其数值等于生成物与反应物生成焓之差。
即：000sjRT s fT j fT s P j RH M h M h ==∆=∆-∆∑∑式中：0RT H ∆—1个大气压，T温度下的反应焓；s M —生成物的mol 数；j M —反应物的mol 数。
燃烧热：1mol 燃料完全燃烧放出的热量为化合物的燃烧热。
（如果燃烧发生于定压过程，这时的燃烧热称为燃烧焓。
）燃烧焓：系统经历一个等压过程，过程中物质组分发生变化，而温度与初始状态相同时，系统放出的热量。
吉布斯自由能：f h TS =- 赫尔霍姆茨自由能：A E T S =- 标准反应自由能：00298298298R Sf s j f j S Pj RF Mf M f ==∆=∆-∆∑∑标准生成自由能：0298f f ∆拉道西—拉普拉斯定律：使一化合物分解成为组成它的元素所需供给的能（热）量和由元素生成化合物产生的能（热）量相等。
即：化合物的分解热等于它的生成焓，而符号相反。
阿累尼乌斯定律：0E RTk k e-=平衡常数与标准反应自由能的关系：00ln ;exp RR p p F F k k RT RT ⎛⎫∆∆=-=- ⎪⎝⎭化学动力学中采用的几个基本概念一、浓度及其表示法1、分子浓度—单位容积内某物质的分子数：i i N n V=[1/m 3]Ni —某物质的分子数目。
2、mol 浓度—单位容积内某物质的mol 数:0i i i m N C V N V ==[mol/m 3]N 0—Avogadro(阿佛加德罗)常数；m i —某物质的mol 数。
燃烧学基本理论_PPT课件
➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1
Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2
1 2
I2
HI
√ h f 298,CO
110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO
1 2
O2
CO2
× h f 298,CO2
283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数
热力学统计物理第二章
(2.2.5)
重庆大学光电工程学院
16
热力学统计物理 第二章
2. Cp的特征函数表示
dH TdS Vdp
G S T p
定压过程：dp=0
2G H S Cp T T 2 T T p T p
同样，
U U p S V S V S S V S V
H T H V p p S S p p S S S p S p
March.10, 2009
TdS dU pdV
重庆大学光电工程学院
3
热力学统计物理 第二章
• 如果将变量S，V 换成 S，P，（ S,V→S,p ） ∵ dU TdS pdV ,
d pV Vdp pdV
∴ d U pV TdS Vdp (上两式相加) 又∵ H(S,p)=U+ pV (2.1.5) ∴ (2.1.6) dH TdS Vdp 这里 H(S,p)是以 S,p 为变量的特性函数。
热力学统计物理 第二章
热力学统计物理
光电工程学院 李伟
March.10, 2009
重庆大学光电工程学院
1
热力学统计物理 第二章
第 2 章 均匀物质的热力学特性
2.1 特性函数
上一章讨论热力学问题的时候,引入了热力学状 态函数，它们是内能 U、温度 T 和熵 S, 其中系统的 温度T 与系统的物态方程密切相关。对于一个均匀的 简单系统而言, 如果x，X是两个独立参量, 那么 T=T(x,X) 是系统的物态方程。这三个热力学函数原 则上可以描述热力学系统的全部性质，但是仅靠这 三个函数在处理具体问题时有很多不方便，为此有 必要引入一些 “ 特殊函数 ” 。“特殊函数法”是 从可逆过程的热力学基本方程出发， TdS dU X i dxi （xi外参量，Xi广义力） i (2.1.1) 针对不同独立变量，为了处理问题方便而引入的一些 特殊的函数。
徐通模燃烧学第2章
二、基本守衡方程
湍流运动仍遵循连续介质的一般动力学定律，即质量守恒定 律、动量守恒定律和能量守恒定律。
1. 连续性方程：
(u) (v) (w) 0 t x y z
2. 动量方程： 3. 能量方程： 4. 化学组分方程：
(v)
t
x j
Yi
V vi,diff
m&i
i 1, 2,......, N
组分方程
cp
T t
cpVj
T x j
N k 1
hk&k
x j
(
T x j
)
T x j
(
能量方程 N
k 1
k cp,kVk , j )
第二节 动量、热量和质量传递
vi'
v
' j
vi
'
v
' j
vj
' vi'
'
vi'
v
' j
ij
x j
Svi
14
（3）时均化学组分方程
t
ma ' ma'
x j
vi ma vi' ma' vi ' ma' ma ' vi' ' vi' ma'
H x j
a
Γa
~
H
ma x j
Sh
15
如果以φ表示任何标量参数，则上述诸方程均可写成下列通 用形式：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
u v w 0 t x x x
div v 0 t
基本守恒方程
动量守恒方程
运动方程、Navier-Stokes方程
体积力：重力、磁力等
DV f Dt
表面力：压力、粘性力等
基本守恒方程
基本守恒方程
动量守恒方程
w Dw w w w u v w Dt t x y z p w 2 u v w 2 z z z 3 x y z w u w w i Fi z x x z y z y
混合物分数
f
wF F / Ost wO M wF F / Ost wO A wF F / Ost wO F wF F / Ost wO A
F / O st wO, A 1 F / O st wO, A
若F中只有燃料，A中只有氧化剂，且实现完 全燃烧，则：
T q y
J /(m
2
s)
导热系数
ac p
q a
热扩散系数
c pT y
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
在双组分流体混合物A、B中，组分A的扩散通 量与组分A在组分B中的浓度梯度成正比
组分A在混合物中的当地摩尔浓度
J A D AB
f F 1 f A M
f kg / s
F A
1 kg / s
M
1 f kg / s
守恒标量的概念
混合物分数
M A f F A
流体中任何没有源和汇，又满足上述公式的外延参 数都称为守恒量 混合物中不参加化学反应的成分的质量分数，winert，
P F D y
物理参数 传输定律 牛顿粘性定律（动量传输） 傅立叶导热定律（能量传输） 费克扩散定律（质量传输）
F
D
P
ห้องสมุดไป่ตู้
q
a
u cpT
C
J
D
分子输运基本定律
输运系数之间的关系
Prandtl数： Pr=/a
Schmidt数： Sc= /D Lewis数： Le=a/D=Sc/Pr
u v u p u v x y y y x p 0 y
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
Ys Ys Ys u v D x y y y
u
c pT x v c pT y
分子输运基本定律
牛顿（Newton）粘性定律
在流体流层之间存在速度差时，流层之间就有 一定的剪切力，流速慢的流层对流速快的流层有相 应的阻力。单位面积上的剪切力与其速度梯度正比。
u y
单位面积上 的剪切力
(N / m2 )
动力粘性系数（也称动力粘 度），单位为Pa· s
这就是牛顿粘性定律。负号表示动量传递方向与速 度增加的方向相反。
高等燃烧学
第二章 燃烧物理学基本方程
引言
无论是气体燃料燃烧，还是液体或固体燃料燃烧，
其化学反应总是部分或全部在气相中进行的
燃烧过程总是伴随着气体流动，或者就是在流动系
统中进行的，而且在燃烧过程中涉及多种组分的气
体
从流体力学角度来看，研究燃烧问题，就是研究多
组分的带化学反应的流体力学问题
守恒标量的概念
守恒量
对组分守恒方程进行泽尔多维奇变换：
df df df q ( D ) 0 dx dx dx
泽尔多维奇变换
在两种组分之间，以及热焓与反应热之间引 入两个综合函数，经过一种转换，可以将两种组 分的扩散方程、或某一组分的扩散方程和能量方 程合并，从而在表观上消去源项，而得到关于综 合函数的较简单的守恒方程。
分子输运基本定律
牛顿（Newton）粘性定律
u y
(N / m2 )
两种粘性系数的关系：
u u y y
运动粘性系数（也 称运动粘度）
分子输运基本定律
傅立叶（Flouier）导热定律
在流体流层之间存在温度差时，流体层之间 就存在导热，单位时间、单位面积的导热量与温 度梯度成正比。
以及由wO,wF和wP组成的下面三个复合质量分数都是守 恒量。
守恒标量的概念
混合物分数
F / O st wF wP 1 F / O st F / O st F / O st wO 1 F / O st
wF F / O st wO
wP
守恒标量的概念
u 2 v 2 w 2 2 x y z u v 2 v w 2 w u 2 2 u v w 2 y x z y x y 3 x y z
基本守恒方程
动量守恒方程
v Dv v v v u v w Dt t x y z p v 2 u v w 2 y y y 3 x y z v w u v i Fi y z z y x y x
动量守恒方程
u Du u u u u v w Dt t x y z p u 2 u v w 2 x x x 3 x y z u v w u i Fi x y y x z x z
在燃烧工程中常取为：Pr=Sc=Le=1
基本守恒方程
燃烧现象包含流体流动、传热、传质和化学反
应以及它们之间的关系，燃烧过程是一种综合 的物理化学过程。
控制燃烧过程的基本方程：混合物质量守恒方
程、组分质量守恒方程、动量守恒方程及能量 守恒方程
基本守恒方程
质量守恒方程
连续性方程
基本守恒方程
假设流体为双组分混合物：
C C A CB =Const.
C 0 y
当混合物的温度、压力恒定，总浓度也一定时：
C A C B y y
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
混合物的总浓度一定，则混合物任意处各组 分的扩散量之和为零
J
i
J A JB 0
J A J B
C A y
m ol/(m
2
s)
组分A在组分B中的扩散系数 单位时间、单位面积组分A扩散而产生的扩散通量
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
同样组分B在组分A中的扩散通量可写成：
C B J B DBA y
J A J B DAB DBA
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
w s
T ws Qs y y
守恒标量的概念
混合物分数
假设流量为1 kg/s的混合物由两种成分混合而成， 燃料的流量为f kg/s，空气的流量为(1-f) kg/s，则由这种 双流体混合过程产生的混合物的任何外延参数ξ都可以 表示为：
基本守恒方程
能量守恒方程
dE Q W
导热热流 扩散热流 体积力作功
表面力作功
辐射热流
基本守恒方程
能量守恒方程
u v w T T T De Dt x y z x x y y z z q rx q ry q rz v sx s Fs x v sy s Fs y v sz s Fs z x y z s hs v s z h v h v s s s x s s s y x y z
C A C B y y
DAB DBA
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
Fick定律还可以表达为：
J A D AB
A y
kg /(m
2
s)
J A D AB
YA YA AB y y
组分交换系数
分子输运基本定律
通用传输方程
基本守恒方程
能量守恒方程
Dh Dp T s hs v s s Fs v s Dt Dt
DT Dp c p T u s Qs Dt Dt T s Fs v s c ps dT v s s T2
守恒标量的概念
混合物分数
燃烧后各种成分质量分数：
f f st : wF , M 0 f f st : wO , M 0
稀释剂： 燃烧产物：
wO , M wO , A
f st f f st
wF , M
f f st 1 f st
wD , M wD , M (1 f ) wP , M 1 wD , M wO , M wF , M
泽尔多维奇变换
二维平板边界层，存在下列反应：
A B C D 1
泽尔多维奇变换
二维平板边界层的守恒方程：
u u 0 y x u u u u v y y y x f A f A f A u v D wA x y y y f f f B u B v B D wB x y y y c pT u c pT v c pT w AQ A x y y y