(完整版)工程燃烧学卷子.doc

第一章

1、什么是燃烧？燃烧涉及哪些物理化学过程？

燃烧是一种同时伴有放热和发光效应的激烈的氧化反应。

涉及物理过程：质量传递、气流运动、组分扩散、能量传递、相变、压力变化等

涉及化学过程：反应机理、反应速度、反应程度、燃烧产物的生成与控制等2、燃烧哪些是有利的，哪些是不利的？

（1）动力工程

（2）材料生产、工业供热

（3）家庭供热

（4）安全与火灾

（5）燃烧对环境的污染，有害气体、温室气体、烟尘等

前三者是有利的，后两者是不利的

3、工业燃烧工程师需要解决哪些问题？

针对不同燃料的特性提出合理的燃烧方法

根据生产工艺的具体要求研究和设计特殊性能的新型燃烧装置

研究和设计高效节能型燃烧装置

研究低噪声、低污染的燃烧技术

为计算机控制的工业燃烧过程提供数学模型

4、工业燃烧工程师需要解决哪些问题？

针对不同燃料的特性提出合理的燃烧方法

根据生产工艺的具体要求研究和设计特殊性能的新型燃烧装置

研究和设计高效节能型燃烧装置

研究低噪声、低污染的燃烧技术

为计算机控制的工业燃烧过程提供数学模型

5、烟煤可以分为哪些小类，分类的依据是什么？

贫煤、（贫瘦煤）、瘦煤、焦煤、肥煤、（1/3焦煤、气肥煤）、气煤、(1/2中粘煤)、弱粘煤、不粘煤、长焰煤

在干燥无灰基挥发分Vdaf >=10的前提下

以反映粘结性的几个指标(粘结指数GR.I. ，胶质层最大厚度Y和奥—阿膨胀度b)对烟煤进行细分

当粘结指数GR.I. <=85时，用Vdaf和GR.I.来分类。

当粘结指数GR.I. >85时，用Vdaf和Y或用Vdaf和b值来分类。

如按b值和Y值划分类别有矛盾时，以Y值划分的类别为准

6、煤的成分表示方法和转换关系

应用基（也称收到基）表示方法，用下角标ar

Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+War%=100%

干燥基表示方法，用下角标d

Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad% =100%

可燃基（也称干燥无灰基）表示方法，用下角标daf

Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf% =100%

7、煤中的水分有哪些？工业分析中的水分包括哪些？

外部水分：不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水

在大气中自然风干后即可去除

内部水分：被煤粒内部毛细孔吸附的水分，在内部均匀分布

自然风干不能去除，在105～110oC加热后去除

化合水：矿物杂质的矿物结晶水，在200～500oC加热后去除

热解水：有机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水

工业分析的水分包括前两种，称为全水分

8、什么叫干馏？干馏时如何实现对空气的隔绝？

?在隔绝空气条件下进行加热，称为干馏

?一般是往加热炉内通入N2等惰性气体来实现对空气的隔绝。主要起着避免氧化的作用。

9、工业分析中是如何确定W、V、F、A的含量？

?W：在110oC加热前后测量煤样质量，减少量即为水分量。除以煤初始质量即得水分百分含量

?V：在850oC干馏前后测量干燥煤样质量，减少量即为挥发分质量。除以煤初始质量即得挥发分百分含量

?F：测量燃烧前后焦块质量，减少量即为固定碳质量，除以煤初始质量即得固定碳百分含量

?A：燃烧后剩下的即为灰分，测量其质量，除以煤初始质量即得灰分的百分含量。

10、标准煤的发热量是多少？具体煤如何确定其发热量？

?1kg标准煤的低位发热量是

–7000大卡=7000kcal=29.271MJ

?具体煤的发热量可用氧弹量热计直接测定

?具体煤的发热量可应用工业分析值计算

?具体煤的发热量还可应用元素分析值计算

11、用坩埚法是如何确定粘结序数的？

?干馏后将焦炭外形分为七个等级，称为粘结序数，来表示煤的粘结性1—焦炭残留物均为粉末

2—残留物粘着，手轻压成粉末

3—残留物粘结，手轻压碎成小块

4—不融化粘结，手指用力压裂成小块

5—不膨胀融化粘结，成浅平饼状，表面有银白色金属光泽

6—膨胀融化粘结，表面银白色金属光泽，高度不超15mm

7—膨胀融化粘结，表面银白色金属光泽，高度大于15mm

第二章

1、为什么说石油是“工业的血液”？

?优质动力原料

?汽车内燃机车飞机轮船导弹火箭润滑油

?从石油中可提取几百种有用物质，是石油化工的基本原料

塑料合成纤维橡胶洗涤剂染料医药农药炸药和化肥等等

?石油化工产品几乎能用于所有的工业部门，现代化工业离不开石油，就像人体离不开血液一样。

2、什么是石油加工的蒸馏法？

?石油的蒸馏就是，将原油加热，按原油中各种组分沸点不同，将其分割为多个沸点范围（馏分）而提取出来的方法

3、裂解法炼油过程所需压力是多少个大气压？

?裂解法温度多在400～600oC，压力为1～1.5MPa甚至4～7MPa

?因此裂解法的压力大约是10～15个大气压，甚至40～70个大气压

4、常温常压下烷烃的相态跟碳原子数的关系？

?烷烃：

分子中含1~4个C呈气态;

分子中含5~16个C呈液态;

分子中含17个C以上为固态

5、90＃汽油中辛烷的含量是90％，对吗？为什么？

?不对。

?90＃汽油指该汽油的抗爆震性能与含异辛烷体积百分数为90％的标准燃料相同

?该标准燃料由异辛烷和正庚烷混合而成

6、使用柴油是不是十六烷值越高越好，为什么？

?不是越高越好，十六烷值以40-55为宜

?但当十六烷值高于65时，会由于滞燃期太短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降。

7、汽油、柴油、重油的牌号分别代表什么含义？

?汽油的牌号有90＃、93＃、97＃，其牌号数值就对应表示其辛烷值。

?柴油牌号有10＃、0＃、－10＃、－20＃、－35＃、－50＃，其牌号数值对应表示其凝结点温度值。

?重油牌号有20＃、60＃、100＃、200＃，牌号数值对应表示其在50oC时恩式粘度值

8、什么叫做油的闪点、燃点、着火点？

?油蒸汽遇到点火小火焰发生一闪即灭的现象时（闪燃），对应的油温称为闪点

?温度继续升高，油蒸汽遇到小火源后能够持续燃烧而不熄灭，对应的油温称为燃点

?温度进一步升高，在没有外火源的情况下，油蒸汽自发形成燃烧（称为自燃），此时对应的油温称为着火点（或自燃点）

9、什么是粘度，恩式粘度？如何降低重油粘度？

?粘度是表示流体质点间摩擦力大小的一个物理指标。粘度越大流动性越差。

?采用加热的方法可降低重油的粘度

10、煤转油涉及哪些环境资源因素？

?制成1吨油需要3～4吨优质煤，8～9吨水

?以一种稀缺资源去替代另一种稀缺资源没有前途；另外我国产煤的地方往往水资源也不丰富

?与直接燃烧相比，煤液化可以减少二氧化硫和粉尘的排放。

? 但煤液化生产过程中释放的二氧化碳，相当于传统油品制造过程释放量的

7倍到10倍；煤炭制成的油品在使用过程中，所产生的二氧化碳也相当于后者的两倍

第三章

1、气体燃料有什么优点？

? 气体燃料的燃烧过程最容易控制，也最容易实现自动调节

? 气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃烧温

度，有利于节约燃料，降低能耗

? 气体燃料在冶金工业的燃料平衡中占有重要地位。

? 2、工业上生成和使用的人造气体燃料有哪些？

? 炼铁产生的高炉煤气

? 炼焦产生的焦炉煤气

? 转炉炼钢产生的转炉煤气

? 煤气化产生的发生炉煤气

? 重油大分子量碳氢化合物分解产生的重油裂化气

? 3、具有毒性的煤气成分有哪些？

? 有：硫化氢(H2S)、氰化氢(氰氢酸HCN)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、

氨气(NH3)、苯(C6H6)

? 硫化氢(H2S)体积百分数达0.1~0.2可短时间内置人死亡，一氧化碳(CO)

体积百分数达0.5~1.0可短时间内置人死亡

4、煤气中的各气体其干成分数值大还是湿成分数值大？湿成分如何换算成干成分？ ? 干成分的数值比湿成分的数值大 ? 换算关系如下：

5、已知50oC 时饱和蒸汽为1234Pa ，平衡状态空气中的水蒸气含量是多少？ ? 水蒸气体积百分数如下

6、气体燃料的发热量如何确定？ ? （1）由容克式量热计直接测定

? （2）按各成分气体发热量之和计算，查附表3获得各成分气体的发热量

7、我国车间允许的最高CO 浓度为 30mg/m3，

度是多少？（空气在20oC 时密度1.205kg/m3）

8、发生炉煤气有哪几种？ ? – 空气发生炉煤气，空气为气化剂（气化温度高、热量低）

– 水煤气，水蒸气为气化剂（热量高，但制造工艺和设备要求复杂）

– 混合发生炉煤气，空气中加入适量水蒸气为气化剂（避免上两种的

缺点，最常用），也简称发生炉煤气

9、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气的发热量对比情况如何？ ? 高炉煤气的发热量最低(4000kJ/m3左右)，发生炉煤气其次(6000kJ/m3左

右) ，焦炉煤气发热量最大(16000kJ/m3左右)

? 常将焦炉煤气与高炉煤气或发生炉煤气配比成混合煤气(发热量约

......%%%2424+?+?+?=H CH CO g Q H Q CH Q CO Q

8000kJ/m3) ? 转炉煤气发热量比配比的混合煤气的略低(7000kJ/m3左右) 第四章 1、 固体或液体用C 、H 、O 、N 、S 、A 、W 表示时，1kg 燃料燃烧的理论氧气需要量如何表示？ ? G0,O2 = (8C/3 + 8H – O + S) /100（kg ） ? C ＋O2＝CO2 C ：O ＝12：32 ? 4H ＋O2＝2H2O H ：O ＝4：32 ? S ＋O2＝SO2 S ：O ＝32：32 2、已知理论氧气质量需要量G0,O2，如何计算理论氧气体积需要量L0,O2 ？ ? 先计算氧气的密度，按标准状态计算 ? 密度 = 32 / 22.4 = 1.429 (kg/m3)，因此 ? L0,O2 = G0,O2 /1.429 (m3) 3、已知可燃气体成分为CO%＋H2 % ＋

100 % ，1m3可燃气体的理论氧气需要量 4、已知可燃气体成分为CO%＋H2 % ＋

100 % ，1m3可燃气体的理论氧气需要量L0,O2 5、1kg 固体燃料燃烧，当n>1时产物中氧气、VH2O 是多少？

? O 要考虑过量空气，N 要考虑燃料中N 和空气中N ，H2O 要考虑燃料中、W

6、n>1

1. 等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧后所形成的烟气量，

燃料中O2已经和可燃成分反应不用再考虑

2. 右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩余的氧气），仍

在烟气中

3. 右边第三项是所有空气所带的水蒸气

7、为什么说用体积Vn 来表示燃烧产物生成量不够科学？

? 因为体积是随温度变化的，在烟气中温度越高体积越大。由于Vn 表达式

中用燃料的成分体积来表示，这就意味着 Vn 代表的烟气必须是跟初始燃料处在相同温度压力下

? 但一般而言烟气和初始燃料的温度压力状态是不同的，另外如果在冷态条

件下，烟气中的饱和水蒸气量将很少，不能将水都计为气体，只有在100oC 以上才全部是气态

? 更科学的方法应该用mol 数或质量

8、n<1

么相对于完全燃烧，产物生成量的变化是多少？

? CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2

? H2 +0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2

? CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2

第七章

1、燃烧过程的定义与分类

定义：燃烧过程是一种复杂的物理过程和化学过程的综合，它既有流动、扩散、混合等物理现象，又有氧化还原反应，并放出光和热的化学现象。

燃烧过程涉及流体流动过程、传质过程和传热，简称：三传一反

动量传递（流动） 热量传递

质量传递（扩散） 化学反应

=

实质：燃烧过程的进行主要是受化学动力学影响，还是受扩散因素的影响。

2、燃烧过程分类

? 基本分类

（1）动力燃烧（动力学因素控制，预混燃烧、爆 炸）： τ反 ? τ扩

（2）扩散燃烧（受流动、扩散和物理混合因素控

制，液体燃料滴/蜡烛/碳粒的燃烧）：τ扩? τ反

（3）中间燃烧：介乎两者之间， τ扩 与 τ反相 当。

实际意义：

ττττ=++混热化()ττττττ=++=+混反

热化扩

①气体的混合在整个燃烧过程起着更为重要的作用；例如有焰燃烧。

②射流是大多数工程燃烧混合的主要方式：除固体燃料有时以块状进行燃烧外，其它燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空间的。 3.根据射流环境：根据这些特征，沿射流的前进方向，可将射流分为初始段过渡段和自模段（充分发展段）

）初始段：核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约-5d 0。

）过渡段：射流截面上轴向速度分布不断变化直至成为正态

相似分布

）自模段：轴向流速呈正态相似分布；x/d ＞8-10，射流的

前一章回顾

μ= 1/2μm

y

y

?自模段的速度场和温度场的分布

4、.同向平行流中的自由射流的定义与流动特征。

定义：喷入同向平行气流中的射流，分单股平行射流和多股平行射流。

流动特征：射流的扩展、轴心速度的衰减和射流核的长度主要与射流流体和环境流体之间的速度梯度有关。射流与外流间的速度梯度越大，混合速度就快；相反，混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小，势核长度越大，当二者相等时，势核贯穿整个流场

影响因素： （1）流速比 2、密度

5、外围环状射流与中心射流是如何相互影响的？

随着λ的增大（外围流速越大），势核长度越来越小，中心射流速度衰减变快，最后被环流吸收。

随着中心流速的增大（λ减小），环形射流势核逐渐减小，速度衰减变快，直到环形射流被中心射流完全吸收。

第八章

一、基本概念

1、

mol/cm3 g/cm3

质量相对浓度：某物质的质量与同一体积中各物质的总质量之比。

?例题28

总

总总C C V n V n X s s n n s s

===//2、化学反应的种类

3、化学反应速度的表示法

（1）定义：是指单位时间内由于化学反应而使反应物质（或产物）的浓度改变

的速率。 平均速度 瞬时速度 mol/m3.s （2）质量作用定律

τ??±=C W τd dC W ±=

⑴ 对于一级反应（n=1）：反应速度只与反应物浓度的一次方成正比。

⑵ 对于二级反应（n=2）

①反应物只有一种，或C A=C B 的情况 ②反应物有两种的情况 ⑶ n 级反应：

化学反应速度与各反应物质的浓度、温度、压力以及各物质的物理化学性质有关。

4、影响化学反应速度的主要因素

1. 浓度对化学反应速度的影响

根据质量作用定律，反应速度与各反应物质浓度成正比，其中浓度的方次为各反应物质的分子数。可知：浓度越大，反应速度越快。

原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞时，反应才能发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间发生碰撞的几率越大。

2.温度对化学反应速度的影响

（1）Van ’t Hoff 规则：历史上最早提出反应速度与温度的关系（1884）。根据实验总结出一条近似规则，温度每升高10K ，反应速度大约增加2-4倍

（2）阿伦尼乌斯定律：瑞典物理化学家(1889年)提出，

建立在分子碰撞理论之上。

注意：适于基元反应。

第九章

1、着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达到激烈的燃烧反应的一段过程。

A A kC d dC W =-=τ2A kC d dC W =-=τ

B A

C kC d dC W =-=τn

kC d dC W =-=τ

着火分类：自燃：可燃物在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧。

（1）热自燃：可燃物因被预先均匀加热而产生的着火；

（2）化学自燃：可燃物在常温下因自身的化学反应所产生的热量造成的着火。 点燃：由于从外部能源（如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等）得到了能量，致使可燃物局部受到强烈加热而着火，然后燃烧传播到整个可燃物中。简言之：火焰的局部引发及其相继的传播。也称“强制着火”、“引燃”。

注意：上述着火方式，并不能恰当地反映出它们之间的联系与差别。例如化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体和局部的加热不同，决不是“主动”和“受迫”的差别。

所谓的“自燃”、“点燃”“爆炸”实质是相同的，都是其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速，只是在不同场合下的叫法不同而已。

2、 着火条件

是如果在一定的初始条件下，系统将不能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就是着火条件 。

3

、注意：

（1）系统达到着火条件，并不意味着已经着火，而只是系统具备了着火条件；

（2

）着火条件是就系统的初态而言的，图中横坐标不是代表反应进行的温度，而是系统的初始温度。

（3）着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力学和流体力学参数的综合体现。对一定种类的可燃预混气而言，在封闭条件下，其着火条件可由下列函数关系式表示：

T0--环境温度； h--对流换热系数；p--预混气压力； d--容器直径；

u ∞--环境气流速度

4、电火花引燃 0),,,,(0=∞u d P h T f ：着火条件的函数表达式

电火花点火的机理：

一是着火的热理论，它把电火花看作为一个外加的高温热源

二是着火的电理论，火花部分的放电气体被电离而形成活性中心，提供了进行链锁反应的条件，由于链锁反应的结果使混合气燃烧起来。

电火花的种类：电气火花 静电火花

引燃最小能量Emin

为形成初始火焰中心，所需的最小放电能量Emin 与电极间隙、混气比、温度、压力有关

5、静电简介

静电的产生

工业生产中产生静电的工序;摩擦、固体粉碎、粉体搅拌

静电的消除：材料的抗静电处理、工作场所湿度保持在50%以上、接地、控制加油、气体喷射的速度、加强静电电位的检测

（第十章）

1、火焰前沿-正在进行激烈发光反应的气体薄层。也称燃烧前沿。

缓燃：

火焰传播机理：依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播。也称正常火焰传播。

燃烧面前后气体的压力近似不变，可视为等压过程；亚音速传播

爆震

火焰传播机理：传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠气体膨胀引起的压力波的作用，使燃烧前沿不断向未燃混合气中推进。也称爆轰

超音速传播；火焰面与有压力突越的激波面重合

2.火焰传播速度

上述平整的燃烧前沿只是对层流或静止气流才能得到，紊流（湍流）时燃烧前言将是紊乱的、曲折的。 燃烧前沿

可燃混合物

燃烧产物 w u （1）如果 ，则燃烧前沿向着气流上游方向（向左）移动；

（2）如果 ，则燃烧前沿向着气流下游方向（向左）移动； w u >u w

第十一章

1.可燃物质和氧化剂处于不同物态的燃烧过程成为异相燃烧（非均相燃烧）。

举例：液体燃料的燃烧，例如汽油、石油等

固体燃料的燃烧，例如煤、金属、木材等

当燃烧气体燃料时，也会因分解产生碳粒（烟粒），形成异相火焰，其中烟粒的燃烧也是异相燃烧。

2、异相反应速度

在单位时间内和单位反应表面上完成反应的物质的数量，单位g/(cm2.s)或mol/(cm2.s)。

3、异相反应过程

?（1）气相反应介质向反应表面的传递；

?（2）气体被反应表面吸附

?（3）表面化学反应

?（4）反应物质的脱附

?（5）气相反应产物从反应表面排离

整个异相反应的总速度取决于其中最慢阶段的速度。