《燃烧学》课程教学大纲

《燃烧学》课程教学大纲
课程名称： 燃烧学 课程编号：
（英文）： （Combustion Theory）
学 时 45 学 分 2.5 课程性质 必修课

先修课程：工程热力学、传热学、流体力学

适用专业：热力发动机、汽车工程、汽车工程、轮机工程、环境工程
开课系（所）：机械与动力工程学院燃烧与环境技术研究中心
开课教师：周校平、张武高、乔信起、范浩杰
教材和教学参考资料：
教材：《燃烧理论基础》周校平、张晓男.上海交通大学出版社，2001
教学参考书：《燃烧学》许晋源、徐通模. 机械工业出版社，1990

《工程燃烧学》张松寿.上海交通大学出版社，1987
杂志期刊：《工程热物理学报》

一、本课程的性质、地位、作用和任务
燃烧学是热力发动机、热能工程、环境工程等专业的一门主要的技术基础课

程。它的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生对燃
烧现象和基本理论的认识。通过本课程的学习掌握燃烧技术中所必须的热化学、
燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。掌握动力机械工程中气态、液态、
固态燃料的燃料特性、燃烧特点和规律，包括着火的形式和条件、火焰的传播、
燃烧产物的生成机理等。通过本课程的学习，能对锅炉、内燃机、涡轮机、火灾、
家用炉灶、焊枪等燃烧现象从宏观上能有所认识，微观上能有所解释。为改进燃
烧设备、提高能源利用率、分析有害排放物的生成机理和过程、避免不正常的燃
烧现象、控制和降低有害排放物的生成，具有一定的基本理论知识。为今后从事
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工程技术工作、科学研究及开拓新技术领域，打下坚实的基础。
二、本课程的教学内容和基本要求
（一）燃烧的化学热力学基本知识

要点：生成焓、反应焓、燃烧焓（燃烧能）与燃料的热值、高热值与低热
值之间的定义及相互关系。
燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算。
过量空气系数、浓度、当量比。
难点：不完全燃烧时的空气量与燃烧产物组分的计算。
（二）燃烧与化学平衡
要点：化学反应速度、化学平衡的概念、自由焓与自由能、自由焓与化学
平衡的关系。
化学平衡常数kc与kp、kx与标准反应自由能的关系。
反应度与平衡常数的关系。
难点：非绝热火焰温度与绝热火焰温度的计算方法。
（三）燃烧中的化学问题
要点：质量作用定律、反应分子数与反应级数、反应级数的确定方法及半
衰期。
比反应速度常数kn与Arrhenius的反应速度表达式（反应速度的碰撞
理论，活化络化物的概念）。
难点： 热爆炸理论、链反应、分支链反应、燃烧半岛。
烃类燃料燃烧的链反应过程。
（四）燃烧中的物理问题
要点：分子传输方程（Newton粘性定律、Fourier热传导定律及Fick质量扩散
方程的统一表达式）。
基本守恒方程（质量守恒、能量守恒、动量守恒、组分守恒）。
稀有气体的动力学理论（扩散系数与分子运动理论的关系）。
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流动边界与热边界层（边界层内的传热及摩擦系数）。
湍流的尺寸及强度概念。
难点：斯蒂芬流，组分守恒方程。
（五）着火与燃烧界限（化学动力学控制的燃烧现象）
要点：燃烧现象的分类（预混合及扩散燃烧、定置火焰及行进火焰）。
着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题。
自燃与引燃、引燃成功条件。
热球点火与火花点火问题（热球点火的最小尺寸及火花点火的最小点
火能问题）。
燃烧界限的影响因素。
难点： Semenov的自燃理论。
（六）预混合气体的燃烧
要点：爆燃与缓燃（Releigh及Hugoniot曲线图）。
缓燃的火焰结构及燃烧速度。
可燃混合气燃料组分、热力学参数、来流速度及添加剂对燃烧速度的
影响。
火焰的稳定问题（吹熄与回火、火焰的锚定问题）。
难点：湍流预混合火焰的传播理论（Ｄamrohle及Ｋarlovitz等湍流火焰传
播模型）。
（七）液体燃料的扩散火焰
要点：液体燃料的闪点及着火点。
单油滴的蒸发（稳定状态球对称的蒸发）及蒸发速度、液滴寿命（蒸
发系数及蒸发时间）的计算。
火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧的概念。
难点：有燃烧时的单油滴蒸发燃烧、蒸发燃烧速度、蒸发燃烧时间。
（八）气体燃料的喷射与燃烧
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要点：气体燃烧喷射中的射流与引射的机理。
无燃烧的平面及轴对称喷射气流（温度场、浓度场、速度场）。
组分守恒方程，火焰面的位置计算，燃料气及产物的浓度分布计算，
层流喷射火焰高度的计算。
难点：Bruke-Schumam方程（氧气浓度对火焰形态的影响及其计算分析）。
（九）固体燃料的燃烧
要点：煤的生成和特性。
固体燃料煤的燃烧过程。
异相化反应后速度。
固体碳粒的燃烧过程。
难点：碳球燃烧速度与烧尽时间。

三、实验的内容和基本要求
1.实验内容

1）预混合火焰浓度测量 0.5小时
2）Smithell法火焰分离 0.5小时
3）层流火焰传播速度的测量 0.5小时
4）气体燃料的射流燃烧 0.5小时
5）火焰长度与火焰温度的测定 0.5小时
6）气体燃料火焰传播速度的测定 0.5小时
7）水煤浆的燃烧实验 1.0小时
2.基本要求
用数码相机或摄像机观察和拍摄预混合火焰及扩散火焰的形态及燃烧速
度的测定。
通过实验、使学生了解燃烧设备的基本工作原理，掌握预混合火焰与扩散火焰
的形态特征、固体燃料的燃烧特性，用所学知识计算出燃烧速度。整理实验数据
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并完成实验报告。
四、对学生能力培养的要求
（一）课内教学活动中能力培养的安排及要求
对燃烧物理学章节，在教师的辅导下，让学生上讲台讲解（0.5学时）。
要求学生搜集“燃烧现象”的例子，课堂讲解交流讨论（0.5学时）。
（二）课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求
燃烧技术和环境控制研究中心实验室面向学生开放，教师有义务给学生细致
全面的介绍。
欢迎学有余力的同学来实验室参加部分科研和实验工作。
五、课程进度学时分配表
教学环节
教学时数 课程内容 讲课 实验 习题课 讨论课 上机 课外实践 其它

燃烧化学热力学基本知识
4
燃烧与化学平衡
2

燃烧中的化学问题
2
燃烧中的物理问题
4
着火与燃烧界限
5 0.5
预混合气体的燃烧
5
液体燃料的扩散火焰
6

气体燃料的喷射与燃烧
6 2 0.5
固体燃料的燃烧
4 2
考试
2

总 计
40 4 0.5 0.5
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六、备注（其它说明）
课程代码：
课 程 名 称 学时数 学分 先修课程 开课学
期
燃烧学/ Basic combustion theory 45 2.5 工程热力学、传热学、流体
力学

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本课程是动力与能源工程专业本科学生的一门必修课，燃烧理论基础是热
力发动机、热能工程、环境工程等专业的一门主要的专业基础课程。它的主要任
务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生对燃烧现象和基本理
论的认识。通过本课程的学习掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃
烧过程的基本知识与基本理论。掌握动力机械工程中气态、液态、固态燃料的燃
料特性、燃烧特点和规律，包括着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生
成机理等。通过本课程的学习，能对内燃机、涡轮机、锅炉、火灾、家用炉灶、
焊枪等燃烧现象从宏观上能有所认识，微观上能有所解释。为改进燃烧设备、提
高能源利用率、分析有害排放物的生成机理和过程、避免不正常的燃烧现象、控
制和降低有害排放物的生成，具有一定的基本理论知识。为今后从事动力工程技
术工作、科学研究及开拓新技术领域，打下坚实的基础。