2016年秋哈尔滨工业大学《高等燃烧学》复习重点
高等燃烧学01
5、化学平衡判据
封闭系统的化学平衡
由热力学第一定律： δQ=dU+ δW=dU+pdV 由热力学第二定律： dS ≥ δQ/T 于是有：TdS ≥ δQ= dU+δW 即：δW ≤-(dU-TdS) 在等温条件下： δW ≤-d(U-TS) 令A=U-TS A称为亥姆霍兹自由能（Helmholtz free energy)，亦称亥姆霍兹函数，又 称为功函（work function或work content），它显然是体系的状态函数。 由此可得： δW ≤-dA 或ΔW ≤-ΔA 意义：在等温过程中，一个封闭系统所能做的最大功等于其亥姆霍兹自 由能的减少。 因此，亥姆霍兹自由能可以理解为等温条件下系统做功的本领，这就是 把A叫做功函的原因。
9
2、有关概念的回顾
反应焓
定义：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 反应焓的数值等于生成物与反应物生成焓之差 即： ΔH0RT= Σ Ms• Δh0f.Ts—Σ Mj • Δh0f.Tj
s=R j=P
式中： ΔH0RT——1个大气压，T温度下的反应焓 （标准摩尔反应焓）； Ms——生成物的mol数； Mj ——反应物的mol数。
碳氢化合物反应，无离解时，理想产物构成是 CO2 、
H2O、O2和N2 有离解时，还会产生H2、OH、CO、H、O、N、NO， 以及其他可能的组分
解决这一问题的思路是：确定化学平衡条件，根 据平衡条件下可能形成的组分确定产物组分 计算平衡组分的方法
平衡常数法 最小吉布斯自由能法
3
物理化学研究的平衡规律指的是：当系统 的一个平衡态由于条件改动而变为另一个 平衡态时，能量、体积和各物质的数量变 化的规律。 物理化学研究的速率规律指的是：热量、 动量和物质的传递以及化学反应中各物质 的数量随时间变化的规律。 前者决定理论的产率，后者决定实际的产 量。
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复习题参考答案集一、填空题1、当燃料与氧化剂混合并得到足够的能量时，会产生燃烧反应。
燃烧过程中释放的能量可以通过测定火焰的______、______或______进行测量。
2、在高温下，燃烧反应可以在空气中进行，也可以在______或______等更高温度的介质中发生。
3、根据燃烧速度和燃烧规律，可以将燃烧分为四种类型：、、______和爆炸。
二、选择题1、下列哪个选项不是燃烧的特点？（） A. 放热 B. 发光 C. 氧化反应 D. 三态转变2、以下哪个物质是燃烧反应的必要条件？（） A. 燃料 B. 氧化剂C. 热量D. 以上都是3、下列哪个阶段属于燃烧过程？（） A. 预混合阶段 B. 燃烧阶段C. 烟气排放阶段D. 以上都是三、判断题1、燃烧必须是化学反应。
（）2、只要有氧气，就能发生燃烧反应。
（）3、燃烧过程中，火焰传播速度越快，燃料的燃烧性能越好。
（）四、简答题1、请简述燃烧与爆炸的联系和区别。
2、什么是燃烧的三要素？请列举生活中一个燃烧的例子进行说明。
3、请解释什么是着火和灭火，并分别列举相应的实例。
五、分析题1、请分析在燃烧过程中，空气动力学直径对火焰传播速度的影响。
2、某种燃料在纯氧中比在空气中更容易燃烧，请解释其原因，并探讨该现象对燃烧学研究的影响。
六、计算题1、已知某种燃料在常温常压下的燃烧速度为0.5kg/m²·s，求该燃料在高温高压条件下的燃烧速度。
假设压力升高10倍，求该燃料在高温高压下的燃烧速度。
安全学原理复习题及参考答案安全学原理复习题及参考答案一、填空题1、安全科学是一门______学科，它研究人类在______过程中，可能遇到的各种______、______、______和______等安全问题。
2、安全科学的基本原理包括______、______、和。
3、根据系统安全工程的观点，任何事故都是由于______、______、______和______共同作用的结果。
燃烧学
《燃烧学》考研复习大纲1教材《燃烧学》，哈尔滨工业大学主编（内部教材）2课程学习目的和基本要求2.1学习目的燃烧学是动力工程和工程热物理学科的二级学科之一。
主要研究各类强烈放热反应，即燃烧反应过程中的流动、传热、传质和化学反应，及其相互作用的综合现象。
学习目的是为了了解燃烧现象的本质、主要影响因素，过程的发展变化规律，能够利用理论知识掌握气体燃料、液体燃料、固体燃料燃烧过程的原理和研究方法。
2.2基本要求（1）能够从理论上准确地认识燃烧现象，了解燃烧过程发生、发展的规律。
（2）掌握对燃烧过程进行理论分析的基本方法，以及对物理过程进行数学处理的基本方法。
（3）学会研究燃烧过程的一些基本实验方法，能够初步利用一些经典实验手段研究燃烧过程。
（4）了解燃烧理论和燃烧研究方法的新发展。
3复习内容3.1燃料（1）主要化石燃料的元素分析及其性质（2）煤的工业分析及其性质（3）煤的分类：动力用煤分类，工业锅炉用煤分类（4）气体和液体燃料的种类、成份和性质3.2燃烧化学基础（1）化学热力学基础：生成焓，反应焓，自由能，燃烧热，理论燃烧温度（2）化学动力学基础：基元反应，质量作用定律，阿累尼乌斯定律，反应级数，一级反应和二级反应特点，化学平衡，总包化学反应分类和特点（3）链式反应：分支链反应，直链反应3.3燃烧物理学基础（1）传质学基础：费克扩散定律，直角坐标系传质学方程（2）流体力学基础：直流自由射流，旋转射流，直流交叉射流基本概念和特性（3）气固两相流动基础3.4气体燃料的燃烧（1）预混可燃气的着火和自燃理论：绝热条件下和非绝热条件下非稳态着火自燃理论（2）预混可燃气体的点燃理论：无穷大平板点燃理论——零值梯度理论（3）层流火焰传播：火焰传播速度概念和理论（4）湍流火焰传播：湍流火焰传播模型分类和主要特点（5）扩散火焰：扩散火焰的概念和基本理论（6）射流火焰：自由射流、旋转射流和直流交叉射流火焰的特点（7）火焰的稳定性：工业火焰稳定的基本原理和方法3.5液体燃料的燃烧（1）液体燃料燃烧的特点（2）斯蒂芬流（3）液滴蒸发理论（4）液滴燃烧理论（5）液雾燃烧理论基础（6）液体燃料燃烧组织3.6固体燃料的燃烧理论（1）煤的热解过程分类及其特点（2）碳的燃烧化学反应：碳燃烧的异相化学反应理论，扩散燃烧区、动力燃烧区和过渡燃烧区理论（3）碳球燃烧速度和燃尽时间：纯碳球化学反应速度和燃尽时间理论（4）煤粒燃烧过程：含灰碳球燃烧速度和燃尽时间理论（5）煤粉气流的燃烧过程：煤粉燃烧特点，煤粉燃烧组织理论基础3.7燃烧污染物的生成和控制（1）燃烧污染物组成和特点（2）NOx生成机理和控制（3）SOx生成机理和控制。
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 )
当
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
燃烧学复习资料
燃烧学复习资料第六章1.固体的阴燃⑴阴燃：可燃固体在堆捆或空气不足的条件下，发生的只冒烟而无火焰的燃烧现象。
在规定的试验条件下，可燃固体发生的持续、有烟、无焰的燃烧现象。
（材料燃烧性能实验定义）⑵阴燃发生条件①内部条件：受热后能产生刚性结构的、多孔性物质（如碳）的可燃固体，具备多孔蓄热和大面积吸附氧。
②引起阴燃的热源：ⅰ自燃热源；ⅱ先阴燃热源；ⅲ有焰燃烧熄火后阴燃；ⅳ物质内部热点或外部热流。
⑶阴燃的结构区域I：热解区。
在该区内温度急剧上升，并且从原始材料中挥发出烟。
相同的固体材料，在阴燃中产生的烟与在有焰燃烧中产生的烟大不相同，因阴燃通常不发生明显的氧化，其烟中含有可燃性气体，冷凝成悬浮粒子的高沸点液体和焦油等。
区域II：炭化区。
在该区中，炭的表面发生氧化并放热，温度升高到最大值。
在静止空气中，纤维素材料阴燃在这个区域的典型温度为600～750℃。
该区产生的热量一部分通过传导进入原始材料，使其温度上升并发生热解，热解产物（烟）挥发后就剩下炭。
对于多数有机材料，完成这种分解、炭化过程，要求温度大于250～300℃。
区域III：残余灰／炭区。
在该区中，灼热燃烧不再进行，温度缓慢下降。
⑷阴燃传播速度的影响因素①颗粒大小；②湿度；③粉尘厚度；④外加气流；⑤外加剂。
⑸阴燃向有焰燃烧的转变(一)阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧(二)加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧(三)密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧2.固体的燃烧形式（一）蒸发式燃烧火源加热——熔融蒸发——着火燃烧（关键阶段）火源加热——升华——着火燃烧（二）表面燃烧：在可燃固体表面上由氧和物质直接作用而发生的燃烧现象。
（三）分解燃烧火源加热——热解——着火燃烧（关键阶段）（四）熏烟燃烧（阴燃）：某些物质在堆积或空气不足的条件下发生的只冒烟而无火焰的燃烧现象。
（五）轰燃：可燃固体析出的可燃挥发分在空气中的爆炸式燃烧。
异相（非均相）燃烧：可燃物与氧化剂处于固、气两种不同状态时的燃烧现象。
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。
高等燃烧学
教学目的1掌握多元混合反应系统条件下，在全混流以及柱塞流反应器中构造燃烧模型的方法2逐步学会在多元混合系统条件下构造复杂燃烧反应模型的方法3掌握进行着火、火焰传播和火焰稳定性研究的经典燃烧学理论和研究方法4逐步学会自己搭建实验系统或设计反应模型进行燃烧过程研究的方法燃烧学的背景知识化学热力学；化学反应动力学；物理学；流体力学；传热学；传质学燃烧过程的理论模化目的：1模拟燃烧过程并发展对各种条件下燃烧行为的预测模型2解释和理解所观察到的燃烧现象3取代困难或昂贵的试验4指导燃烧试验的设计5有助于确定各独立参数对燃烧过程的影响燃烧模型的基本组成围绕【控制方程1、守恒方程2、输运方程】的条件：1初始条件；2状态方程；3动力学参数；4材料性质和结构特性；5经验知识；6热力学和输运特性；7边界条件。
湍流问题的另外考虑1湍流流体微团的输运——湍流力学课程讲授：湍流动能的输运；湍流动能和耗散率的输运；雷诺应力的输运；概率密度函数的输运；瞬时脉动量的输运。
随着湍流模型的发展还会有其它物理量输运。
2湍流反应流的处理：统计矩方法——统计求解平均化学反应速率；概率密度函数法——应用联合PDF方程封闭方程组。
教学内容1化学热力学2化学动力学和反应器理论3多组分反应系统的守恒方程4预混气体的缓燃波和爆震波5气体的层流火焰6湍流火焰7两相流燃烧理论基础8点火理论9实际火焰中煤的燃烧理论学时安排1.化学热力学4学时2.化学动力学和反应器理论7学时（含1学时讨论课）3.多组分反应系统的守恒方程7学时（含1学时讨论课）4.预混气体的缓燃波和爆震波4学时5.气体的层流火焰5学时（含1学时讨论课）6.湍流火焰2学时7.两相流燃烧理论基础7学时（含1学时讨论课）8.点火理论4学时9.实际火焰中煤的燃烧理论5学时（含1学时讨论课）参考资料课程内容主参考书：《燃烧原理》，陈义良等，航空工业出版社；《粉煤燃烧与气化》，J.G.斯穆特，科学出版社；《燃烧物理学基础》，付维彪等，机械工业出版社辅助参考书：《燃烧理论与化学流体力学》，周力行，科学出版社；《高等燃烧学》，岑可法等，浙江大学出版社；《化工热力学》；《化学反应工程学》第一章 化学热力学1、本章学习提示（1）燃烧过程的特点：1反应中放出大量热能2具有较高的反应速率3高温下存在反应离解和平衡（2）能量的变化机理：1旧化学键的分裂——吸收一定的能量；2新化学键的建立——放出一定的能量；3键能的差额——反应中的能量变化（3）在燃烧学中，化学热力学解决燃烧过程中能量变化的数量、方向和化学平衡问题（4）在研究生阶段，重点解决存在化学平衡的高温反应条件下能量变化的数量、方向和化学平衡问题需要同学们学习的内容1如何定量描述化学反应的放热量？2在反应物和产物确定的情况下如何求解燃烧反应放热？3如何确定燃烧的反应产物组成及反应进行的程度？4如何求解绝热燃烧温度？5如何提出实际气体的状态方程？专题一 如何定量描述反应放热2、有关概念的回顾化合物的生成焓定义：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。
高等燃烧学
即
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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1. Gibbs 自由能
2. 绝热燃烧温度（反应程度法、数值法）
3. Va nderwaals 方程
4. 反应阈能与表观活化能的关系
5. 对复杂反应进行简化处理的方法
6. 化学时间尺度
7. 柱塞流反应器
8. Fick 定律一般表达式的一维形式
9. 二维反应边界层的控制方程
10. Zeldovich 转换
11. 广义Reynolds比拟
12. 瑞利（Rayleigh公式
13. 朗肯-雨果尼奥（Rankine-Hugoniot）方程（分区讨论）
14. 爆震速度
15. 爆震波的形成过程
16. 着火条件
17. 闭口系统热力着火的稳态分析方法和非稳态分析方法
18. 着火感应期
19. 开口系统热自燃的分析思想
19. 应用零值边界梯度条件推导气流中炽热平板点燃条件
20. 着火半岛现象
21. 层流火焰传播机理的三种理论
22. 一维层流火焰的结构及反应区、预热区的特点
23. 影响层流火焰传播速度的因素
24. 预混火焰和非预混火焰的区别
25. Burke and Schuma nn非预混火焰
26. 液体燃料燃烧的特点
27. 斯蒂芬（Stefan）流
28. 相对静止的高温环境下考虑斯蒂芬流的液滴蒸发和燃烧
29. 折算薄膜理论
30. 液雾燃烧模型
31. 煤燃烧反应的特点
32. 热解的概念和模型
33. 碳颗粒燃烧的单模模型和双模模型
34. 电路分析
1. 标准生成焓
2. 反应焓
3. Gibbs 自由能
4. 绝热燃烧温度（反应程度法、数值法）
5. Van derwaals 方程
6. 反应阈能与表观活化能的关系
7. 对复杂反应进行简化处理的方法
8. 本征活化能和表观活化能
9. 化学时间尺度
10. 柱塞流反应器
11. Fick 定律一般表达式的一维形式
12. 扩散方程的表达式
13. 二维反应边界层的控制方程
14. Zeldovich 转换、广义Reynolds比拟
15. 瑞利（Rayleigh公式
16. 朗肯-雨果尼奥（Rankine-Hugoniot）方程（分区讨论）
17. 爆震速度
18. 爆震波的形成过程
19. 着火条件
20. 闭口系统热力着火的稳态分析方法和非稳态分析方法
21. 着火感应期
22. 开口系统热自燃的分析思想
23. 应用零值边界梯度条件推导气流中炽热平板点燃条件
24. 着火半岛现象
25. 层流火焰传播机理的三种理论
26. 一维层流火焰的结构及反应区、预热区的特点
27. 影响层流火焰传播速度的因素
28. 预混火焰和非预混火焰的区别
29. Burke and Schumann非预混火焰
30. 液体燃料燃烧的特点
31. 液体燃料燃烧过程
32. 斯蒂芬（Stefan）流
33. 相对静止的高温环境下考虑斯蒂芬流的液滴蒸发和燃烧
34. 折算薄膜理论
35. 液雾燃烧模型
36. 煤的燃烧过程
37. 煤燃烧反应的特点
38. 热解的概念和模型
39. Stickler的两个平行反应方程模型
40. 碳颗粒燃烧的单模模型和双模模型
41. 电路分析
1. Gibbs 自由能
2. 绝热燃烧温度（反应程度法、数值法）
3. Va nderwaals 方程
4. 反应阈能与表观活化能的关系
5. 对复杂反应进行简化处理的方法
6. 化学时间尺度
7. 柱塞流反应器
8. Fick 定律一般表达式的一维形式
9. 二维反应边界层的控制方程
10. Zeldovich 转换
11. 广义Reynolds比拟
12. 瑞利（Rayleigh公式
13. 朗肯-雨果尼奥（Rankine-Hugoniot）方程（分区讨论）
14. 爆震速度
15. 爆震波的形成过程
16. 着火条件
17. 闭口系统热力着火的稳态分析方法和非稳态分析方法
18. 着火感应期
19. 开口系统热自燃的分析思想
19. 应用零值边界梯度条件推导气流中炽热平板点燃条件
20. 着火半岛现象
21. 层流火焰传播机理的三种理论
22. 一维层流火焰的结构及反应区、预热区的特点
23. 影响层流火焰传播速度的因素
24. 预混火焰和非预混火焰的区别
25. Burke and Schuma nn非预混火焰
26. 液体燃料燃烧的特点
27. 斯蒂芬（Stefan）流
28. 相对静止的高温环境下考虑斯蒂芬流的液滴蒸发和燃烧
29. 折算薄膜理论
30. 液雾燃烧模型
31. 煤燃烧反应的特点
32. 热解的概念和模型
33. 碳颗粒燃烧的单模模型和双模模型
34. 电路分析。