第四章 爆震燃烧
2021-2022学年人教版高中化学选修一教学案：第四章 第一节 改善大气质量 Word版含答案
第一节改善大气质量大气污染物及酸雨[自读教材·夯基础]1．大气污染物的组成及其危害(1)洁净的大气是由N 2、O 2、稀有气体、CO 2、少量水蒸气和其他微量杂质等组成的混合物。
(2)主要的大气污染物及其危害：大气污染物 主要成分危害颗粒物 大气中液体、固体状颗粒物，又称飘尘 加重呼吸道疾病，其他有害气体转化的催化剂 硫的氧化物 SO 2、SO 3 酸雨 氮的氧化物 NO 、NO 2(NO x )光化学烟雾、酸雨 碳的氧化物 CO 降低血液的输氧力量碳氢化合物 CH 4、C 2H 6等温室效应 氟氯代烷CFCl 3温室效应，破坏臭氧层2．酸雨 (1)酸雨的概念：正常雨水的pH 约为5.6，由于大气中的二氧化碳溶于雨水中所导致。
酸雨的pH 小于5.6，是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的。
(2)酸雨的形成原理： ①硫酸型：SO 2＋H 2OH 2SO 3，2H 2SO 3＋O 2=====催化剂2H 2SO 4。
②硝酸型：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。
(3)我国酸雨类型：我国的酸雨主要以硫酸型酸雨为主，这是由我国以煤炭为主要的能源结构造成的。
[跟随名师·解疑难](1)干燥清洁空气的组成几乎是不变的，而受污染空气的组成是可变的。
(2)呈酸性的雨水并不肯定是酸雨，缘由是CO 2溶于水并与水反应生成H 2CO 3而使正常雨水也呈酸性，只有pH<5.6的雨水才称为酸雨。
(3)酸雨的主要危害：①酸雨会使湖泊的水质变酸，导致水生生物死亡； ②酸雨浸渍土壤，会使土壤变得贫瘠； ③长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；④酸雨会加速建筑物、桥梁、工业设备、石材类文物，以及电信电缆等的腐蚀。
[剖析典例·探技法][例1] 我国农业因患病酸雨而造成的损失每年高达15多亿元，为了有效地把握酸雨，目前国务院已批准了《酸雨把握区和二氧化硫把握区划分方案》等法规。
石油产品的质量要求
炼油工艺学
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• 抗爆指数 ONI=（MON+RON）/2 是衡量汽油抗爆性的指标。 MON= RON×0.8+10 (经验关联式)
• 道路辛烷值：在一定条件用多缸汽油机测定的辛烷值。 道路辛烷值=28.5+0.431×RON+0.311×MON-0.040×烯烃含量
• 调和辛烷值（BON）：汽油调和时表现出来的辛烷值。
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炼油工艺学
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爆震产生的原因？
• 主要原因是与汽油化学组成和馏分有关，如果汽油中 含有过多容易氧化的组分，形成的过氧化物又不易分 解，自燃点低，就很容易产生爆震现象。
• 另外与发动机的工作条件和机械结构（主要是压缩 比）、驾驶操作和气候条件等。
• 汽油机的压缩比越大，压缩过程终了时混合气的温度 和压力就越高，这就大大加速了未燃混合气中过氧化 物的生成和积聚，使其更容易自燃。一定压缩比的发 动机必须使用与其相匹配的辛烷值的汽油，方能保证 在不发生爆震的情况下，产生最大功率。
➢ 航空汽油的抗爆性的表示方法我国采用“辛烷值/品度”来表示，如95/130， 100/130和75号
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炼油工艺学
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3．汽油的抗爆性与组成的关系
➢ 汽油由烃类组成，对分子量大致相同的不同烃类 正构烷烃<环烷烃<正构烯烃<异构烷烃和异构烯烃<芳烃 含芳香烃、异构烷烃多的轻质汽油辛烷值高
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炼油工艺学
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汽油机的压缩比对功率和耗油量的影响
压缩比
6.0 7.0 8.0 9.0
对功率的影响，%
100 108 114 118
对耗油量的影响，%
100 93 88 85
烃类物质辛烷值与十六烷值QSPR研究
烃类物质辛烷值与十六烷值QSPR研究:..摘要摘要汽油以及柴油都是日常生活中重要的燃料。
辛烷值是衡量汽油在气缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标,而衡量柴油燃烧性能的主要指标是十六烷值。
目前,获取辛烷值与十六烷值最直观有效地方法是通过实验测定,但是实验所需的机器结构复杂,操作和维护费用高。
因此,有必要从理论角度出发,建立简单,准确的烃类物质辛烷值与十六烷值预测模型来弥补实验研究的不足。
定量结构性质相关性, 是近年来随着化学信息学学科的形成而出现的一种先进的物性预测方法。
它根据分子结构参数和理化性质问的内在定量关系进行关联,从而建立基于分子结构参数的理化性质模型,实现根据分子结构预测理化性质的功能。
本文从分子结构出发,应用定量结构一性质相关性方法对烃类物质的辛烷值以及十六烷值进行系统研究。
现就本文所开展的主要工作归纳如下:、本论文首先简述了研究的基本原理、实现步骤、常用的分子描述符类型、描述符选择方法以及常用的建模方法。
同时详细描述了支持向量机,的基本原理并综述了其在领域的应用。
、根据测定方法的不同,辛烷值分为马达法辛烷值,。
因此本文第三,第四章分别对种饱和研究法辛烷值,和烷烃的马达法辛烷值,种不饱和烃的马达法辛烷值,种饱和烃类的研究法辛烷值以及种不饱和烃类的研究法辛烷值进行研究。
应用软件计算出化合物的种分子描述符,并使用.算法对大量的分子描述符进行优化筛选,筛选出与烃类物质辛烷值最紧密的分子描述符并分别结合多元线性回归,和支持向量机建模方法,对烃类物质的辛烷值进行了系统的研究,建立了关于烃类物质马达法辛烷值,研究法辛烷值的预测模型。
研究结果表明,本文所建立的模型能被成功用于烃类物质马达法辛烷值,研究法辛烷值的预测。
、基于定量结构一性质相关性原理分别对种链烷烃和环烷烃物质以及种烯烃和芳香烃物质的十六烷值进行研究。
应用相同的方法,从众多分子描述符中筛选出摘要与烃类物质十六烷值最为密切的描述符并分别结合多元线性回归和支持向量机建模方法建立相关模型。
供给系统
第四章汽油机供给系第一节汽油机供给系的组成和燃料一、汽油机供给系的功用根据发动机不同工况的要求，供给不同数量和浓度的可燃混合气进入气缸；燃烧后的废气经净化处理后排入大气。
二、汽油机供给系的组成按照燃料供给方式的不同分为化油器式和汽油直接喷射式。
以化油器式为例，它包括燃油供给装置：汽油油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管空气供给装置：空气滤清器可燃混合气形成装置：化油器废气排出装置：排气管道、排气消音器，三元崔化转换器对于化油器式供给方式：对于汽油直接喷射方式：（注：请根据下图直接插入flash演示动画，另附.swf文件，文件名：[汽油机供给系的组成（汽油直接喷射式）.swf ] ）三、汽油的性质从地下或海底开采的石油，一般称为原油。
原油脏，不能直接作为非常精密的发动机燃料。
把石油经过处理，制成各种制品的过程叫炼油。
汽油、柴油就是石油的炼制品。
石油的主要成分是碳、氢两种元素（97%~98%）,其他还有少量的硫、氧、氮等。
石油制品是以多种碳氢化合物的混合物形式出现的，分子式CnHm（烃）。
根据烃分子中碳原子数不同，可以构成不同分子量不同沸点的物质。
炼制汽油和柴油最简单的方法是利用沸点不同直接分馏，依次得到天然气——汽油——煤油——轻、重柴油——渣油。
(注：插入表格，请对下图重新制表，然后插入表格。
)汽油的工业化生产是采用催化裂化法（用催化剂把大分子烃——小分子烃）主要性能指标：蒸发性：汽油容易蒸发的程度。
（液体——气体），一般地，蒸发性越高，燃气质量就越好，尤其是低温环境下如果蒸发性好，会对冷起动发动机有利。
但是蒸发性也不能过高，因为这样汽油泵及油管中会产生汽油蒸汽泡，阻碍汽油正常流动，使供油量↓，——“气阻”。
国产汽油质量指标规定了汽油的饱和蒸汽压力值。
（按夏季、冬季要求不同）热值：1㎏燃料完全燃烧后所产生的热量。
汽油的热值约为4400kj/kg。
抗爆性：汽油在发动机气缸内燃烧时，避免产生爆燃的能力（抗自燃的能力）爆燃的后果是发动机过热，功率↓，油耗↑。
汽车节能技术电子教案3版第四章
4.1.3 热起动
表4-2 热车起动发动机油耗
No.1
No.2
No.3
No.4
时间（s 油耗（mL 时间（s 油耗（mL 时间（s 油耗（mL 时间（s 油耗（mL
）
）
）
）
）
）
）
）
3.63
0.5
4.68
1.8
2.38
1.4
1.88
0.4
表4-3 冷车起动发动机油耗
No.1
时间（s 油耗（mL
）
）
3.3
汽车在运行中，使用排挡的原则是“吊一档，稳二档，充分利用高速档”。 在换档时机的掌握上应力求准确。 换档时，应脚轻手快。 在换档方法上，采用稳油门快速换档法较节油。 随着行驶阻力减小，低档的动力明显用不完时，应加高档。
4.4 合理选择运行速度
汽车在行驶中，车速不 同，油耗也不一样，其 中，耗油最低的车速称 为经济车速；使用不同 排挡，经济车速也不一 样。一般汽车的经济车 速，是指该车在直接档 （或超速档）的经济车 速，图4－4为车速与油 耗的关系。
1.预热发动机
(1)热水预热法 当大气温度低于－15℃时，应在发动机起 动前加入80～95℃的热水，对发动机及冷却系进行预热。 (2)锅炉预热法 主要采用汽车锅炉式预热器加热来预热发 动机。
(1)热水预热法
其方法是：先制一个三通接头，装在缸盖水管软管上，让热水先进 入缸体水套内，然后流入水箱。当热水注满冷却系后，将放水阀打 开，热水通过冷却系边注边流，待流出的水温达30～40℃时，将放 水阀关闭。热水注入10～15分钟后，发动机水套里的水温与气缸体 的温度逐渐趋于一致。
完成上述必作的准备工作后，起动发动机前，还需用手摇柄摇转曲轴 使用起动机不应超过3～5s，两次连续起动应间隔15s以上，以免损坏 蓄电池。
环境监测学教学课件10固体废物监测第四章
固体废物概述123生活垃圾和卫生保健机构废弃物的监测45固体废物的定义和分类1危险废物的定义和鉴别2固体废物是指在生产、建设、日常生活和其他活动中产生指在国家危险废物名录中，和根据国务院环境保护部门§4.1.2 危险废物的定义和鉴别急性毒性易燃性3. 有害特性的定义：腐蚀性反应性放射性浸出毒性样品的采集1样品的制备2样品水分的测定3样品的保存5样品pH 值的测定4§4.2.1 样品的采集一、采样工具尖头钢锹、钢尖镐、采样铲、具盖采样桶、内衬塑料的采样袋。
二、采样程序固体废物的批量→→采样份数；固体废物的最大粒度→→采样份样重量； 份样合并为总样4.2.1 样品的采集批量最少份样个数采样铲容量（mL）对于堆存、运输中的固态工业固体废弃物和大池(坑、中的液态工业固体废弃物，可按对角线、梅花形、棋盘式对于粉末状、小颗粒的工业固体废弃物，可按在运输一批固体废弃物时，当运输车数不多于该批固体废弃物的规定份样数时，每车应采样份数按公式计算。
在废物堆布设采样点时，在废物堆两侧距堆底0.5m处画画一条横线在每点上深度处各随机采样份数，在每点上0.5-1.0m深度处各随机采样一份图4.3废物堆中采样点的布设4.2.2 样品的制备一、制样要求在制样全过程中，应防止样品产生任何化学变化和污染。
若制样过程中，可能对样品的性质产生显著影响，则应尽量保持原来状态。
湿样品应在室温下自然干燥，使其达到适于破碎、筛分、缩分的程度。
制备的样品应过筛后（5mm），装瓶备用。
§4.2.2 样品的制备二、制样程序粉碎（5mm）缩分去掉去掉留下留下样品水分的测定测定无机物：称取样品20g于105°C下干燥，恒急性毒性的初筛试验1易燃性的试验方法2反应性的试验方法3浸出毒性试验5雨水反应性的试验方法4急性毒性初筛试验）试验，评定毒测定方法：以一定体重的小白鼠易燃性的试验方法易燃性：含闪点低于60℃的液体，经摩擦或吸湿和自发的变化具有着火倾向的固体，着火时燃烧剧烈而持续腐蚀性试验方法腐蚀性：含水废物，或本身不含水但加入定量水后其浸出液的pH≤2或pH≥12.5的废物，或最低在无爆震时就很容易发生剧烈变化；§4.3.5遇水反应性试验方法固体废物与水发生剧烈反应而放出热量，使体系温度升高。
燃烧理论 第六章反应系统化学与热力学分析的耦合
•反应系统的化学与热分析耦合内容(1) 概述* 第二章: 反应系统的热力学，只考虑了初始和最终的状态。
* 绝热火焰温度的概念来自于反应物的初始状态和产物的最终组成，由平衡来确定。
* 确定绝热火焰温度不需要化学反应速率的知识* 任何实际系统存在着从初始的反应物状态到最终的产物的状态的详细演变过程，不管是处于化学平衡或未处于化学平衡。
(想个例子)* 对几种典型的原型热力学系统建立第四章所述的化学动力学和基本守恒方程(能量)的联立求解。
Prototypical system (原型系统)* 联立求解目的：计算系统在从反应物向生成物变化过程时系统的温度和不同组分浓度随时间的变化。
* 本章分析尽可能地简单，不引入质量扩散的复杂性。
为什么采用简化反应器的研究方法？*热力学第一定律的应用。
*考虑反应物在含有活塞的汽缸中以相同的速度反应。
*系统中不考虑温度和组分在空间上的梯度，用一单个的温度和单一组分的浓度来描述系统的演变。
（此时考虑不考虑扩散？）*对于放热的燃烧反应，温度和体积都随时间增加，在反应器的壁面上可以存在传热。
*在下面，我们将导出一个一阶常微分方程组，其解就描述了要求的温度和组分的演化过程。
*首先写出一个定质量的能量守恒方程的速度形式，有：*应用焓的定义，h u+Pv, 并微分有*假设对外的作功只在柱塞上的P-dv，*将方程 6.2 和6.3 代入到方程6.1中，Pdv/dt项消去，有*系统的焓可以用系统的化学组成来表示* 式中N i和h i分别是组分i 的摩尔数和摩尔焓。
对方程6.5微分有* 假设是理想气体，即，*式中，值从第四章所述的详细化学动力学来计算。
* 多步反应机制中每个组分化学反应的净产生率:* 式中，我们采用下面的状态热量方程来计算焓值：*应用质量守恒和方程６.8中[X i]的定义式，我们可以获得体积V的信息: *由于化学反应和体积变化，组分的摩尔浓度[X i], 随时间变化，* 或* 式中右手边第一项是化学反应的产生项，第二项是由于体积变化的项。
拖拉机汽车学(上)
第一章内燃机基本构造与原理1、（1）按所用燃料分类内燃机按燃料不同分为汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机、天然气机等。
（2）按每循环活塞行程数分类按每个工作循环中活塞运动行程数不同，内燃机分为二行程内燃机和四行程内燃机。
（3）按汽缸数分类根据内燃机汽缸数量不同分为单缸内燃机和多缸内燃机。
（4）按进气方式分类按内燃机进入过程中的进气状态不同，分为非增压内燃机和增压内燃机。
（5）按冷却方式分类按内燃机的冷却介质与方式不同，分为液冷式内燃机和风冷式内燃机。
（6）按着火方式分类根据内燃机可燃混合气着火方式不同，分为压燃式内燃机和点燃时内燃机。
（7）按转速分类根据内燃机转速的高低不同，分为高速内燃机和低速内燃机。
（8）按汽缸排列方式分类根据气缸是否直立与多缸内燃机的各汽缸排列关系，分为立式内燃机、卧式内燃机、V型内燃机、对置式内燃机等。
（9）按用途分类根据内燃机用途不同，分为汽车用内燃机，拖拉机用内燃机，船用内燃机和工程机械用内燃机等。
2、汽油机和柴油机总体构成包括（1）机体组件与曲柄连杆机构其功用是将活塞的往复运动转变为曲柄的螺旋运动，并将作用在活塞顶部的燃气压力转变为曲轴的转矩输出。
（2）换气系统其功用是定时开关进、排气门，实现气缸的换气；过滤空气中的杂质，保证进气清洁；降低排气噪音。
（3）燃油供给系统其功用是将汽油与空气按一定比例混合成各种浓度的可燃混合气供入燃烧室，以满足汽油机各种工况下的要求。
（4）润滑系统其功用是将汽油压送到内燃机各运动件的摩擦表面减少损毁，带走热量清洗磨屑，密封和防止零件锈蚀。
（5）冷却系统其功用是冷却受热机件，保证内燃机在适宜的温度下正常工作。
（6）启动系统其功用是启动内燃机。
（7）点火系统其功用是定时产生电火花，点燃混合气。
（柴油机没有）3、（1）上、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。
在上、下止点处，活塞的运动速度为零。
（2）活塞行程 上、下止点间的距离S称为活塞行程。
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理论基础及其应用
能源与动力工程学院 潘振华
第四节 爆震燃烧
爆震概述
普通燃烧与爆震燃烧的区别
普通燃烧
通过热传导、辐射加热预混气体燃烧 传播速度小于声速 等压燃烧
爆震燃烧
通过激波绝热压缩预混气体燃烧 传播速度大于声速 等容燃烧
爆震燃烧概念
由引导激波绝热压缩波前预混气体，诱导气体产生高 温高压，进而发生剧烈的化学反应，化学反应所释放 的能量反过来提供给引导激波向前发展，两者相互促 进，相辅相成。
瑞利线：y (1 0Ma02 ) ( 0Ma02 )x
雨果尼奥曲线:
h1
(h0
q)
1 2
(
p1
p0 )(0
1 )
或：
U1
(U 0
q)
1 2
(
p1
p0
)(0
1 )
推导并简化:
雨果尼奥曲线物理意义：爆轰波 在活性介质中传播时，经过初态 点，满足3个守恒方程的所有终态 点(x,y)的集合。
( y )(x ) 等轴双曲线
爆震速度
将坐标建立在波阵面上： uD u0
如为C-J爆震： 0u0 1c1; c1 R1T1 1/2
上式代入能量方程，忽略p0：
0u02 1u12
p1
1u12
1
根据连续方程：
1 p1 1 0 1u12
ZND理论
把爆震波看作是由一个前导激波和随后的化学反应区构成 的，且化学反应区以有限速率进行。
假设
流动是一维的 激波为间断面，忽略分子的输运
激波前，化学反应速度为零，波后反应速率有限，反应不可 逆
反应区内，介质质点均处于局部热力学平衡态，但未达到化 学平衡
爆震燃烧的基本方程
爆震波强度
爆震波阵面具有三波点结构，由马赫干、入射激波和 横波相交组成。其在空间和时间上的运动轨迹为“鱼鳞形” 的胞格结构。
守恒方程
质量守恒：0u0 1u1
动力守恒：p0 0u02 p1 1u12
能量守恒：h0
q
u02 2
h1
u12 2
反应物
产物
q
xi
h
fi
x
j
h
fj
i
j
h p 1
瑞利线和雨果尼奥曲线
m 2 p1 p0 v0 v1
p av b 其中：a m 2
b p0 m 2v0
雨果尼奥曲线
q=0，无反应雨果尼奥曲线，过初点， 曲线1。 q>0，雨果尼奥曲线向上偏离初点， q越大，曲线越偏离A点，曲线2、3。
瑞利线
m p1 p0 v0 v1
令：x v1 / v0和y p1 / p0 m y 1 p0 1 x v0
常见气体的爆震速度
冲击波
活塞速度v 扰动距离C 出现非连续面
Becker模型
描述活塞加速运动，气体不断受到压缩过程 速度增加每微元，产生相应的压力波 波后温度增加
a1 v1
a2 v2
声速：a RT
a3 v3
பைடு நூலகம்
a3 v3 a2 v2 a1 v1
根据理想状态方程：
1 1 1 1
0
另h=cpT，得：
T1
2 2 1
T0
q cp
（1） （2） （3） （4） （5）
（6）
将(5)、(6)代入(2)： uD u0 2 1 R1 T0 q / cp 1/2 （7）
爆震燃烧基本理论模型
C-J理论
可燃物通过激波阵面后，化学反应瞬间完成，可燃物 变成完全反应的爆震产物。
假设
激波（冲击波）与化学反应区作为一维间断处理，反 应速率无穷大，爆轰波传播为定常。
爆震波后可用热力学状态方程来描述 忽略起爆端的影响 坐标系可作为惯性系建立在波阵面上
C-J理论第一次给出了爆震的物理模型和数学模型， 反映了爆震是化学反应冲击波传播过程的本质，奠定 了爆震研究的理论基础。