燃烧学讲义第一章

第1章燃烧化学基础

1.1 燃烧的本质和条件

1.1.1 燃烧的本质

所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。

从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。

如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。

现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用

1.1.

2.1 燃烧的条件

燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。

1．可燃物（还原剂）

不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。

2．助燃物（氧化剂）

凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指

在空气中进行的。

3．点火源

凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。

上述三个条件通常被称为燃烧三要素。但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a ）所示。

经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。但是，根据燃烧的链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基（自由基）作“中间体”，因此，着火三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个着火四面体，如图1-1（b ）所示。

1.1.

2.2 燃烧条件在消防中的应用

掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。所谓火灾，是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

根据着火三角形，可以提出以下防火方法： 1．控制可燃物

在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气体的地方，可采取通风；在森林中采用防火隔离林等。

2．隔绝空气

涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，要充入惰性介质保护；隔绝空气储存某些物质等。

3．消除点火源

在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。

根据着火三角形，可以提出以下灭火方法：

1．隔离法

将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝可燃物来源等，燃烧区得不到足够的可燃物就会熄灭。

2．窒息法

用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；密闭起火的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。

3．冷却法

用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。

着火四面体为另一种灭火方法——抑制法提供了理论依据，这种方法的原理是：使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止。

根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃烧条件。

1.2 燃烧空气量的计算

我们知道，空气中含有近21％（23.2％重量）的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能燃烧。空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正在进行的燃烧将会逐渐熄灭。空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。

1.2.1理论空气量

理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气需要量。此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完全氧化的产物。

1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量

一般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为：

+W

+

+

+

A

S

C（1-1）

H

O

N

+

%

%

100

%

+

%

%=

%

%

%

式中，C、H、O、N、S、A和W分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分的质量百分数，其中，C、H和S是可燃成分；N、A和W是不可燃成分；O是助燃成分。

计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的氧气量。因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下：

22CO O C =+

O H O H 222

141=

+

（1-2）

22SO O S =+

假定计算中涉及的气体是理想气体，即1000mol 气体在标准状态下的体积为22.4m 3

，则所需氧气的体积为

2,0104.22)32

32

412

(

2-??-++=O S H C V O （m 3

/kg ）

（1-3） 因此，每1kg 可燃物完全燃烧时所需空气量的体积为 21

.02,0,0O air V V =

（m 3/kg ） （1-4）

例1-1：求5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。已知木材的质量百分数组分为：C －43％，H －7％，O －41％，N －2％，W －6％，A －1％。

解：依据上述有关公式，燃烧1kg 此木材所需理论氧气体积为 2

,010

4.22)32

32412(

2

-??-

+

+

=O

S

H

C

V O

91.0104.22)32

41471243(2=??-++=-（m 3

） 因此，燃烧5kg 此木材所需理论空气体积为 521

.02,0,0?=

O air V V ＝

5

21

.091.0?＝21.67（m 3）

1.2.1.2 气体可燃物的理论空气量

对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为 %100%%%%%%%%222222=++++++

+∑O H N O CO S H H C

H CO m n

（1-5）

式中 CO 、H 2、C n H m 、H 2S 、CO 2、O 2、N 2、H 2O 分别表示气态可燃物中各相应成分的体积百分数。C n H m 表示碳氢化合物的通式，它可能是CH 4、C 2H 2等可燃气体。

根据可燃物完全燃烧的反应方程式，如下

222

1CO O CO =+

O H O H 222

2

1=+

22222

3SO O H O S H +=+ O H m n C O O m n H C m n 2222)4

(+

=+

+

从以上反应方程式可以得出：完全燃烧1mol 的CO 需要1/2mol 的O 2，根据理想气体状态方程，则燃烧1m 3CO 需要1/2m 3O 2。同理，完全燃烧1m 3H 2、H 2S 、C n H m 分别需要1/2m 3

、3/2m 3、（n+m/4）m 3的O 2，因此，每1m 3

可燃物完全燃烧时需要的氧气体积为 2

222,010)4(2321212

-???

???

?-+

+

++=∑

O H C m

n S H H CO V m n O （m 3/m 3） （1-6）

每1m 3可燃物完全燃烧的理论空气体积需要量为

2

222

,0,010

)4

(2

32121

76.421.02

-???

?

??

?-+

+

+

+?==

∑

O H

C m n S H H CO V V m

n O air （m 3/m 3）

例如1-2：求1m 3

焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。已知焦炉煤气的体积百分数组成为：CO －6.8％，H 2－57％，CH 4－22.5％，C 2H 4－3.7％，CO 2－2.3％，N 2－4.7％，H 2O －3％。

解：由碳氢化合物通式得

1.567.34425.224414=???? ?

?

++???? ??+=??? ?

?

+∑

m

n H

C m n

因此，完全燃烧1m 3这种煤气所需理论空气体积为

2

222

,0,010

)4

(23212

1

76.421.02

-???

?

???-+

+

++?==

∑

O H

C m n S H H CO V V m

n O air

3

2188.4101.565721

8.62

176.4m =???

?

??+?+

??=- 1.2.2 实际空气量和过量空气系数

在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。实际供给的空气量称为实际空气需要量或者实际空气量。实际空气量L 与理论空气量L 0之比称为过量空气系数，通常用α表示：

L L =

α （1-7）

因此，实际空气需要量与理论空气需要量的关系为：

air air V V ,0,?=αα （1-8）

α值一般在1－2之间，各态物质完全燃烧时的α经验值为：气态可燃物α＝1.02-1.2；液态可燃物α＝1.1－1.3；固态可燃物α＝1.3－1.7。常见可燃物燃烧所需空气量见下表1-1。 当α＝1时，表示实际供给的空气量等于理论空气量。从理论上讲，此时燃料中的可燃物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应方程式的当量关系。此时的燃料与空气量之比称为化学当量比。

当α<1 时，表示实际供给的空气量少于理论空气量。这种燃烧过程不可能是完全的，燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完毕，这样势必造成燃料浪费。但是，在某些情况下，如点火时，为使点燃成功，往往多供应燃料，一般情况下应当避免α<1的情况。 当α>1时，表示实际供应的空气量多于理论空气量。在实际的燃烧装置中，绝大多数情况下均采用这种供气方式，因为这样既可以节省燃料，也具有其它的有益作用。 综上，过量空气系数α是表明在由液体或者气体燃料与空气组成的可燃混合气中，燃料和空气比的参数，其数值对于燃烧过程有着很大影响，α过大或者过小都不利于燃烧的进行。

表1-1 常见可燃物燃烧所需空气量

1.2.3 燃料空气比与过量空气系数

在实际燃烧过程中，表示燃料与空气在可燃混合气中组成比例的参数，除了α外，还有燃料空气比f 和过量燃料系数β 1.2.3.1燃料空气比f

燃料空气比是在燃烧过程中实际供给的燃料量与空气量之比，即：

a

f

G G

f =

（1-9）

它表明每千克空气中实际含有的燃料千克数。这一参数常用于由液体燃料形成的可燃混合气，习惯称为“油气比”。根据燃料空气比的定义，可得到它与过量空气系数α的的关系为

1

1L L

G G

f a

f

α=

=

=

（1-10）

对于一定燃料来说，L 0是确定的值，因而f 和α成反比。当α＝1时，油气比f ＝1/L 0。对于一般烃类液体燃料，如汽油、柴油、重油和煤油等的理论空气量L 0约在13－14kg 。 所以，当α＝1时其相应的油气比 14

~131=f 。

1.2.3.2过量燃料系数β

此定义指实际燃料供给量与理论燃料供给量之比。而理论燃料量指为使1kg 空气能够完全燃烧所消耗的最大燃料量，它是理论空气量的倒数，即：

1L L f =

（1-11）

可以看出，实际空气量的倒数1/aL 0就是实际燃料量，即燃烧消耗1kg 空气时实际供给的燃料量。因此，过量燃料系数β为

α

αβ1L 1

1

0＝＝理论燃料量

实际燃料量L = （1-12）

显然，过量燃料系数β与过量空气系数α互成倒数。某些燃气热力性质数据是以过量燃料系数β作变量列出的。

1.3燃烧产物量的计算

由于燃烧而生成的气体、液体和固体物质，称为燃烧产物。它是燃烧反应的新生成物质，其危害作用很大，比如缺氧、窒息作用，毒性、刺激性及腐蚀性作用以及高温气体的热损伤作用；它包括完全燃烧产物和不完全燃烧产物。

燃烧产物不光是气体，还包括气体所携带的灰粒和未燃尽的固体颗粒（当使用固体燃料时），但后两者在烟气中所占的体积百分数很小，因而在通常的工程燃烧计算中忽略不计，仅仅在用灰分含量很高的燃料并计算烟气热焓时才予以考虑。因此，所说的燃烧产物主要是指燃料燃烧生成的气相产物——烟气，它的成分主要取决于可燃物的组成和燃烧条件。大部分可燃物属于有机化合物，它们主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成。在空气充足时，燃烧产物主要是完全燃烧产物，不完全燃烧产物量很少；如果空气不足或者温度较低，不完全燃烧产物量相对增多。

可以看出，燃烧产物的组成和生成量不仅与燃烧的完全程度有关，而且与过量空气系数α有关。下面分别就完全燃烧和不完全燃烧两种情况进行讨论。 1.3.1完全燃烧时烟气量的计算

当燃料完全燃烧时，烟气的组成及其体积可由反应方程式并根据燃料的元素组成或者成分组成求得。计算中涉及的产物主要有CO 2、H 2O 、SO 2和N 2，烟气生成量也是按单位量燃料来计算的。若燃烧完全，由上式物质组成的烟气体积为：

O H O N SO CO yq V V V V V V 22222++++=（m 3/kg ） （1-13）

当α＝1时，烟气中不再有O 2存在，这种烟气量称为理论烟气量，用V 0，yq 表示，因此

O H N SO CO yq V V V V V 2

2

2

2

,0,0,0+++=（m 3/kg ） （1-14）

式中，2

,0N V 和O

H

V 2,0分别表示供应理论空气量（干空气）时，在完全燃烧后所得烟气中的

理论氮气和理论水蒸气体积。

1.3.1.1固体和液体燃料的燃烧烟气量的计算

1. 二氧化碳和二氧化硫的体积计算

已知可燃物的成分为%100%%%%%%%=++++++W A S N O H C ，按照完全燃烧的化学反应式，碳燃烧时的数量关系为

22CO O C =+

由上式可知，1kg 碳完全燃烧时能生成11/3kg 的CO 2，表示为标准状态下的体积为

)(12

4.2244

4.223113

m =?，所以1kg 可燃物完全燃烧时生成CO 2的体积为

100124.222,0C V CO ?=

（m 3/kg ）

同理，1kg 可燃物完全燃烧时生成SO 2的体积为

100

32

4.222,0S V SO ?

=

（m 3

/kg ）

2. 理论氮气的体积

理论氮气包括燃料含有的氮组分所生成的氮气和由助燃空气所代入的氮气两部分，即

air

N

V N V ,0,079.0100

28

4.222

+?

=

（m 3/kg ）

式中的0.79是氮气在干空气中所占的体积分数。

3. 理论水蒸气的体积 这一部分由以下两部分组成：

（1）燃料中的氢完全燃烧所产生的水蒸气：

)/(100

2

4.223

kg m H ? （2）燃料中含有的水分汽化后所产生的水蒸气：)(100

1814.223

kg m W ??

将上面两部分相加得，烟气中的理论水蒸气量为

=

O

H

V 2,0+?

100

2

4.22H 100

18

14.22M ?

?

（m 3/kg ）

至此，得到理论烟气量为：

=yq V ,0+2

,0CO V +2

,0SO V 2

,0N V +V 0，H2O

＝

100124.22C

?

+

100324

.22S

?

+

)

79.0100

28

4.22(

,0air V N +?

+

（

+?1002

4.22H 100

1814.22M ??）（m 3/kg ） 一般情况下，燃料燃烧后所生成的烟气包括水蒸气，这种烟气称为“湿烟气”。把水分扣除后的烟气称为“干烟气”。于是理论烟气体积yq V ,0又可写成：

O H gy yq V V V 2,0,0,0+=

当α>1时，燃烧过程中实际供应的空气量多于理论空气量，此时燃料的燃烧是完全的。所产生的烟气量除了理论烟气量之外，还要增加一部分过量的空气量以及随过量空气量带入的水蒸气量，即：

(

)kg

m

V V V air yq yq /)1(3

,0,0-+=α （1-15）

同样，在实际烟气中也可以把水蒸气体积忽略，所得到的烟气量称为实际干烟气量，即：

(

)

kg m V V V V V O N SO CO gq /3

2222+++= （1-16）

式中，2

N V 是烟气中的实际氮气体积，等于

()(

)kg

m

V V V air N N

/179.03

,0,02

2

-+=α

2

O V 是烟气中的自由氧的体积，等于

()(

)kg

m

V V air O /121.03

,02

-=α

于是，当α>1时，实际干烟气量为：

()(

)kg

m

V V V V V air N SO CO

gq /13

,02

2

2

-+++=α （1-17）

或者

())

/(,13

0,0kg m

air V V V gy gy -+=α （1-18）

这就是说实际干烟气量等于理论干烟气量与多余空气量之和。 1.3.1.2气体燃料燃烧烟气量的计算 已知可燃物的成分为式 %100%%%%%%%%222222=++++++

+∑O H N O CO S H H C

H CO m n

（1-19）

根据完全燃烧的化学反应方程式，每m 3可燃物燃烧生成的CO 2、SO 2、H 2O 和N 2的体积分别为：

)2

2,010

2-?+

+=∑m n

CO H nC

CO CO V （m 3/m 3）

2

2,0102-?=S H V so （m 3/m 3）

2

222,01022-???

? ?

?

+++=∑

m n O

H

H C m

S H O H H V （m 3/m 3）

air N V N V ,02

2,079.010

2+?=-（m 3/m 3

）

因此，燃烧产物的总体积为

yq V ,0=2

,0CO V ++2

,0so V +O

H

V 2,02,0N V

??

? ?

?

+

+

+=∑

m n H C m

n CO CO )2(2

S H 22+()O H H 22++2N + ×10-2

air V ,079.0+ 当α>1时，则与固体和液体燃料的计算一样，除了理论空气量之外，还要加上过量空气量及由这部分空气带入的水蒸气量，其计算公式同上。

另外，气体燃料燃烧后的理论干烟气量和实际干烟气量的计算方法也与固体和液体燃料相同，计算公式同上。 1.3.2不完全燃烧时烟气量的计算

当空气供应量不能满足燃料中可燃物质完全消耗的需要时，必有一部分可燃物质要转移到燃烧产物中去。实际上，当α≥1时，也会出现由于燃料与空气混合不好等因素造成的不完全燃烧状态。因此，发生不完全燃烧后，燃烧产物中仍然会有可燃物和一些氧气。

不完全燃烧烟气中的可燃物质主要有CO 、H 2和CH 4，每摩尔这几种可燃物质在空气中燃烧的反应方程式为：

222276.35.076.35.05.0N CO N O CO ?+=?++ 2222276.35.076.35.05.0N O H N O H ?+=?++ 222224

76.32276.322N O H CO N O CH

?++=?++

通过以上反应式可以看出，在α≥1时，不完全燃烧烟气量比完全燃烧烟气量的体积增加了2

5.05.0H CO V V +，即

)5.05.0(2H CO yq B

yq V V V V ++= （1-20） 式中，B

yq V 表示不完全燃烧烟气量；

yq V 表示完全燃烧烟气量。

因此，在有过量空气存在的情况下，若发生不完全燃烧，烟气的体积将比完全燃烧情况下大，不完全燃烧程度越严重，烟气体积增加就越大。

在α<1时，不完全燃烧主要有两种情形:

（1）燃料与空气的混合均匀，且O 2全部消耗掉，烟气中含有CO 、H 2和CH 4等成分。

由以上反应方程式可知，每m 3

此燃料烟气生成量体积减少()4

2

52.988.188.1CH

H CO V V V ++

即 -=yq B

yq V V ()4

2

52.988.188.1CH

H CO V V V ++ （1-22）

因此，当α<1且空气中的氧气全部消耗的情况下，烟气生成量有所减少，不完全燃烧程度越严重，烟气量减少越厉害。

（2）氧气供应不足，且存在由于燃料与空气混合不好而造成的不完全燃烧，即烟气中还存在自由氧。设这部分氧气的体积为2

O V ，折合空气量为

2276.421

.0O O V V =。当自由氧不为

零时，生成的烟气量为

-=yq B

yq V V [()4

2

52.988.188.1CH

H CO V V V ++－2

76.4O V

] （1-24）

因此，实际烟气生成量变化要看()4

2

52.988.188.1CH

H CO V V V ++与2

76.4O V

之差。若

为正值，则yq V >B yq V ，否则yq V

yq V 。但在大多数情况下，剩余氧气量很少，因此，不完全燃烧时的烟气量有所减少。

1.4燃烧热的计算

1.4.1热容

热容是指在没有相变化和化学变化的条件下，一定量的物质温度每升高一度所需要的热量。如果该物质的量为单位摩尔，则此时的热容称为摩尔热容，简称热容，单位为J ·K -1·mol -1。如果该物质的量为1克，则此时的热容称为比热，单位为J ·K -1·g -1

。 1.4.1.1恒压热容、恒容热容

由于热是途径变量，与途径有关，同量的物质在恒压过程和恒容过程中升高一度温度所需要的热量是不相同的，因此，恒压热容和恒容热容是不同的。这里仅仅重点介绍恒压热容。

1. 恒压热容

在恒压条件下，一定量的物质温度升高一度所需的热量称为恒压热容，用C p 表示。 假定n mol 物质在恒压下由T 1绝对温度升高到T 2绝对温度所需要的热量为Q p ，则

dT C n Q T T p p ?=2

1 （1-25）

物质在不同温度下每升高一度所需要的热量是不同的。因此，热容是温度的函数，具体函数形式如下：

bT a C p += 2

cT bT a C p ++= 3

2dT cT

bT a C p +++=

2

'T c bT a C p ++=

式中，a 、b 、c 、c ′都是由实验测定的特性常数。其中，用的最为普遍的形式是最后一个，下表1-2给出了a 、b 和c ′的值。

2. 恒容热容

在恒容条件下，一定量的物质温度升高一度所需的热量称为恒容热容，用C v 表示。 在恒压条件下，物质升温时，体积要膨胀，结果使物质对环境做功，内能也相应的多增加一些。因此，一定量的物质在同样温度下，升高一度温度时，恒压过程比恒容过程需要多吸收热量，即C p 大于C v 。

对理想气体：C p －C v ＝R ；对固体和液体，因为升温时体积膨胀不大，所以C p ＝C v 。气体的恒压热容与恒容热容之比称为热容比，用K 表示，即K C C v

p =，不同物质的热容比

K 值是不同，空气的热容比为1.4。 1.4.1.2平均热容 1. 平均恒压热容

在恒压条件下，一定量的物质从温度T 1升高到T 2时平均每升高一度温度所需的热量称为恒压平均热容，用-

p C 表示。各种气体的平均恒压热容见下表1-4，单位kJ ·Nm -3·K -1，Nm 3表示标准m 3。

表1-2 某些气体的恒压热容与温度的关系2

'

T

c bT a Q p ++=

用热容与温度间的具体函数关系计算恒压热Q p 虽然比较精确，但是计算过程比较复杂。实际计算中常采用平均恒压热容。其与平均热容的关系为

1

22

1

T T dT

C C T T p p -=

?

-

因此， ()

12T T C n Q p p -=-

（1-26） 2. 恒容平均热容

在恒容条件下，一定量的物质从t 1升高到t 2时平均每升高一度温度所需要的热量，称为恒容平均热容，用-

v C 表示，单位为kJ ·kmol -1·℃。下表1-3为某些气体从0℃上升到t ℃时平均热容的计算式。

表1-3 某些气体从0℃上升到t℃时平均热容的计算式

表1-4 各种气体的平均恒压热容（温度由273K－TK之间值）

1.4.2燃烧热 1.4.

2.1燃烧热

在化学反应过程中，系统在反应前后的化学组成发生变化，同时伴随着系统内能量分配的变化，后者表现反应后生成物所含能量总和与反应物所含能量总和间的差异。此能量差值以热的形式向环境散发或者从环境吸收，这就是反应热。它与反应时的条件有关，在定温定压过程中，反应热等于系统焓的变化。

化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热，称为该化合物的生成热。在0.1013MPa 和指定温度下，由稳定单质生成1mol 某物质的恒压反应热，称为该物质的标准生成热，用0,m

f H

?表示。

燃烧反应是可燃物和助燃物作用生成稳定产物的一种化学反应，此反应的反应热称为燃烧热。最常见的助燃物是氧气，在0.1013MPa 和指定温度下，1mol 某物质完全燃烧时的恒压反应热，称为该物质的标准燃烧热，用0

,m c H ?表示，表1-5、1-6给出了某些物质的标准生成热和标准燃烧热。

表1-5 物质的标准生成热（0.1013MPa 、25℃）

表1-6 某些燃料的燃烧热（0.1013MPa 、25℃，产物N 2、H 2O （l ）和CO 2）

1.4.

2.2燃烧热的计算

在整个化学反应过程中保持恒压或恒容，且系统没有做任何非体积功时，化学反应热只取决于反应的开始和最终状态，与过程的具体途径无关的这一规律称作盖斯定律，它是热化学中的一个很重要的定律。根据盖斯定律，任一反应的恒压反应热等于产物生成热之和减去反应生成热之和，即

)

()

反应物

产物

∑∑B?-?=

?=i

m f i i

m f i

p H

H

V H Q ..0

..0

V （1-27）

据上式可求物质的标准燃烧热，该式中V i 是I 组分在反应式中的系数。

例1-3 求乙醇在25℃下的标准燃烧热。 解：乙醇燃烧反应式为

()()()()l O H g CO

g O l OH H C 22

252323+?→?+

查上表得()

mol H

g CO

f /kJ 51.3932

.298.0

-=?

mol kJ H

I OH H C f /7.2770

)

(,298,52-=? 00

)

(,298,2=?g O f H

利用上式得

298H Q p ?=

＝()()[]()[])/(8.136607.277183.285351.3932mol kJ -=+-?--?+-?

根据标准燃烧热的定义，乙醇的标准燃烧热即为1366.8kJ/mol 。

气态混合物的燃烧热，可用下式粗略计算，即 0

,,0

,i m c i

m c H V

H ??=

?∑ （1-28）

式中，V i 是混合物中I 组分的体积百分比；0

,,i m c H ?是I 组分的燃烧热。

例 1-4：求焦炉煤气的标准燃烧热。焦炉煤气的体积百分数组成为：CO －6.8％，H 2

－57％，CH 4－22.5％，C 2H 4－3.7％，CO 2－2.3％，N 2－4.7％，H 2O －3％。

解：查上表1-6得该煤气中各可燃组分的标准燃烧热分别为：

mol kJ H g CO c /0.2830

)(,298,=?， mol kJ H g H c /83.2850)(,298,2=?，mol

kJ H g CH c /31.8900

)(,298,4=?，

mol kJ H H C c /0.14110,298,42=?

由上式得该种煤气的标准燃烧热为

037

.00.1411225.031.89057.083.285068.00.2830

298,?+?+?+?=?c H )/(69.434mol kJ = 1.4.2.3热值的计算

热值是燃烧热的另一种表示形式，在实际中常用。所谓热值是指单位质量或者单位体积的可燃物完全燃烧所发出的热量，通常用Q 表示。对于液体和固体可燃物，表示为质量热值Q m （kJ/kg ）；对气态可燃物，表示为体积热值Q v （kJ/m 3）。

某些物质燃烧放出的热量，即可用燃烧热表示，也可用热值表示，两者中间的换算关系，如下：

对液体和固体可燃物是

M

H Q c

m ??=

1000 (kJ/kg) （1-29）

式中，M 为液体或者固体可燃物的摩尔质量。

对气态可燃物为

4

.221000c

v H Q ??=

(kJ/m 3) （1-30）

值得注意的是，如果可燃物中含有水分和氢元素，热值有高低之分。高热值Q H 就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以液态存在时的热值；而低热值Q L 就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。在研究火灾的燃烧中，常用低热值。

表1-7 某些气体的热值

目前，对分子结构很复杂，摩尔质量很难确定的可燃物，如石油、煤炭、木材等，它

们燃烧放出的热量一般只用热值表示，且通常用经验公式计算。最常用的有门捷列夫公式：

)/)]((2630081[18.4kg kJ S O H C Q H --+?= （1-31）

)/(18.4)9(6kg kJ W H Q Q H L ?+?-= （1-32） 式中，C 、H 、S 和W 分别为可燃物中碳、氢、硫和水的质量百分含量；O 是可燃物中氧和氮的总质量百分含量。

表1-8 某些燃料的燃烧热值

1.5燃烧温度的计算

1.5.1燃烧温度的分类

可燃物燃烧产生的烟气所达到的温度称为可燃物的燃烧温度。在实际建筑火灾中，着火房间内高温气体可达数百度，在地下建筑物中，温度高达1000℃以上。因此，研究火灾中烟气温度有重要实际意义。

燃烧温度根据不同条件下进行分类，可分为理论燃烧温度、实际燃烧温度。

如果燃烧是在绝热条件下进行完全燃烧 ，并且不考虑系统与外界的功交换，则这时得出的温度称为可燃物的理论燃烧温度。在理论燃烧温度基础上如果不考虑燃烧产物的高温离解，则此时得出的温度称为量热计燃烧温度。如果燃烧是在α＝1的完全燃烧情况下进行的，并且可燃物和空气的初始温度均为0℃，则此时得到的温度称为理论发热温度。而在实际火灾中测定的温度称为实际燃烧温度。

从理论上说，在α＝1且完全燃烧情况下，燃烧温度最高；当α<1时，由于燃料过剩，导致燃烧不完全，使燃料的化学能不能充分放出，从而使燃烧温度降低；当α>1时，供给的空气量过多，而燃料释放的热量却基本上为确定值，因而燃烧温度也要降低。 1.5.2燃烧温度的计算

根据热平衡理论，结合公式dT C n Q T T p p ?=2

1

，可得到理论燃烧温度的计算公式为：

∑

?

?=

T

pi i l dT C n Q 298

（1-33）

式中，Q l 是可燃物质的低热值；n i 是第i 种产物的千摩尔数；C pi 是第i 种产物的恒压热容。

上述方法计算的结果比较精确，但是上式积分的结果为三次方程，因此，要想得到具体的解比较麻烦。为此，采用平均恒压热容pi C ，得出求解燃烧温度的公式为：

()∑-??=

298

T C V Q pi i

l （1-34） 或者 ()∑-??=

25t C V

Q pi i

l （1-35）

燃烧学 第1章 作业

一、已知木材的质量百分数组分为：C－40％，H－10％，O－41％，N－2％，W－6％，A－1％ 1. 求1kg木材完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1）。 2. 木材的高、低热值 3. α=1.5时，完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时，燃烧温度 二、某焦炉煤气的体积百分数组成为：CO－3.8％，H2－58％，CH4－24.5％，C2H4－3.7％，CO2－2.3％，N2－4.7％，H2O－2％,O2—1% 1. 求1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1） 2. 1m3煤气的高、低热值 3. α=1.5时，1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时1m3煤气不完全燃烧，烟气中有CO 0.01m3，H2 0.12m3，CH40.06m3. 求烟气的总体积。 一、已知木材的质量百分数组分为：C－40％，H－10％，O－41％，N－2％，W－6％，A－1％ 1. 求1kg木材完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1）。 2. 木材的高、低热值 3. α=1.5时，完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时，燃烧温度 二、某焦炉煤气的体积百分数组成为：CO－3.8％，H2－58％，CH4－24.5％，C2H4－3.7％，CO2－2.3％，N2－4.7％，H2O－2％,O2—1% 1. 求1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1） 2. 1m3煤气的高、低热值 3. α=1.5时，1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时1m3煤气不完全燃烧，烟气中有CO 0.01m3，H2 0.12m3，CH40.06m3. 求烟气的总体积。 一、已知木材的质量百分数组分为：C－40％，H－10％，O－41％，N－2％，W－6％，A－1％ 1. 求1kg木材完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1）。 2. 木材的高、低热值 3. α=1.5时，完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时，燃烧温度 二、某焦炉煤气的体积百分数组成为：CO－3.8％，H2－58％，CH4－24.5％，C2H4－3.7％，CO2－2.3％，N2－4.7％，H2O－2％,O2—1% 1. 求1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（α=1） 2. 1m3煤气的高、低热值 3. α=1.5时，1m3煤气完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积 4. α=1.5时1m3煤气不完全燃烧，烟气中有CO 0.01m3，H2 0.12m3，CH40.06m3. 求烟气的总体积。

智慧树知到《燃烧学》章节测试答案

智慧树知到《燃烧学》章节测试答案 第一章 1、酸雨环境问题的主要原因是由燃烧引起的。 A.对 B.错 答案: 对 2、空气干燥基成分中，煤是没有水分的。 A.对 B.错 答案: 错 3、温室效应的产生的主要原因是（）。 A. 燃烧 B. 酸雨 C. 建筑物过多 D. 人口增长 答案: 燃烧 4、柴油的碳氢质量比（C/H）比煤炭的碳氢质量比（C/H）要大。

B.错 答案: 错 5、普罗米修斯通过实验证明了氧气的存在。 A.对 B.错 答案: 错 第二章 1、以下哪种说法是正确的？ A. 质量作用定律只适用于化合反应 B. 气体与固体的反应可以适用质量作用定律 C. 质量作用定律只适用于双分子反应 D. 质量作用定律只适用于不可逆反应 答案: 气体与固体的反应可以适用质量作用定律 2、关于Arrhenius定律，以下哪种说法是正确的？ A. Arrhenius定律只适用于放热反应

Arrhenius定律只适用于吸热反应 C. Arrhenius定律只适用于理想气体参与的反应 D. Arrhenius定律只适用于不可逆反应 答案: Arrhenius定律只适用于理想气体参与的反应 3、关于反应级数，以下哪种说法是正确的？ A. 反应级数只可能为正数 B. 反应级数只可能为整数 C. 增大压力一定会增大反应速度 D. 同等条件下，气体燃料的反应级数通常大于固体燃料的反应数 答案: 同等条件下，气体燃料的反应级数通常大于固体燃料的反应数 4、在其他条件可比的情况下，以下哪种气体自由射流与外部大空间之间的混合最强烈？ A. 扩展角30°的圆柱射流

扩展角15°的圆柱射流 C. 扩展角30°的扁平状射流 D. 扩展角45°的扁平状射流 答案: 扩展角45°的扁平状射流 5、如果在钝体中开一道可以流通的缝隙形成“开缝钝体”，以下哪种说法是正确的？ A. 开缝钝体的回流区范围会大于原来的钝体 B. 开缝钝体回流区内的混合强度会大于原来的钝体 C. 开缝钝体的射流长度会变短 D. 开缝钝体的扩展角会变大 答案: 开缝钝体回流区内的混合强度会大于原来的钝体 第三章 1、以下哪种措施会使得热自燃变得更容易？ A.

燃烧学讲义第一章

第1章燃烧化学基础 燃烧的本质和条件 1.1.1 燃烧的本质 所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。 从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。 如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。 现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用 1.1. 2.1 燃烧的条件 燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。

1．可燃物（还原剂） 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。 2．助燃物（氧化剂） 凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。 3．点火源 凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。 上述三个条件通常被称为燃烧三要素。但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a）所示。 经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。但是，根据燃烧的链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基（自由基）作“中间体”，因此，着火三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个着火四面体，如图1-1（b）所示。

燃烧学讲义第一章

第1章燃烧化学基础 1.1 燃烧的本质和条件 1.1.1 燃烧的本质 所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。 从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。 如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。 现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用 1.1. 2.1 燃烧的条件 燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。 1．可燃物（还原剂） 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。 2．助燃物（氧化剂） 凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指

燃烧学习题答案

燃烧学习题答案： 第一章 1.解释下列基本概念: (1)燃烧：燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。 (2)火灾：在时间和空间上失去控制的燃烧称为火灾。 (3)烟：由于燃烧不完全等原因会使得产物中混有一些微小的颗粒，这时即形成“烟”。 (4)热容：在没有相变化和化学变化的条件下，一定量的物质温度每升高一度所需要的热量。 (5)生成热：化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热。 (6)标准燃烧热：在和指定温度下，1mol某物质完全燃烧时的恒压反应热。 (7)热值：单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧所放出的热量。 (8)低热值：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。 2.燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征. 燃烧的本质是一种氧化还原反应。特征是：放热、发光、发烟、伴有火焰。

3. 如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法? 可燃物、助燃物和点火源是燃烧的三要素，要发生燃烧燃烧，可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点火源要有一定的温度和足够的热量。 根据燃烧条件，可以提出以下防火和灭火的方法： 防火方法：1．控制可燃物；2．隔绝空气；3．消除点火源 灭火方法：1．隔离法2．窒息法3．冷却法 4. 抑制法 8. 举例说明燃烧产物(包括烟)有哪些毒害作用?其危害性主要体现在哪几个方面? 除了CO2和H2O 外，烟气中的其他成分都有一定的毒性、刺激性或腐蚀性。其危害性体现在以下三个方面：1）毒害性；2）减光性3）爆炸性 9.试求出在p ＝1atm 、T=273K 下，1公斤苯(C6H6)完全燃烧所需要的理论 空气量。3 22 ,0,030.10104.2248129276.4104.22)32 32412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??+?=??-++?== -- 10.已知木材的组成为:C-46%、%、%、%、%，问在p ＝1atm 、T=273K 下木材完全燃烧产物体积是多少?

燃烧学讲义第一章

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第1章燃烧化学基础 燃烧的本质和条件 1.1.1 燃烧的本质 所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。 从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。 如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。 现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用 1.1. 2.1 燃烧的条件 燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。 1．可燃物（还原剂） 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。 2．助燃物（氧化剂） 2

燃烧学习题答案

燃烧学习题答案： 第一章 1.解释下列基本概念: (1)燃烧：燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。 (2)火 灾：在时间和空间上失去控制的燃烧称为火灾。 (3)烟：由于燃烧不完全等原因会使得产物中混有一些微小的颗粒，这时即形成“烟”。 (4)热容：在没有相变化和化学变化的条件下，一定量的物质温度每升高一度所需要的热量。 (5)生成热：化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热。 (6)标准燃烧热：在0.1013MPa 和指定温度下，1mol 某物质完全燃烧时的恒压反应热。 (7)热值：单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧所放出的热量。 (8)低热值：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。 2.燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征. 燃烧的本质是一种氧化还原反应。特征是：放热、发光、发烟、伴有火焰。 3. 如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法? 可燃物、助燃物和点火源是燃烧的三要素，要发生燃烧燃烧，可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点火源要有一定的温度和足够的热量。 根据燃烧条件，可以提出以下防火和灭火的方法： 防火方法：1．控制可燃物；2．隔绝空气；3．消除点火源 灭火方法：1．隔离法2．窒息法3．冷却法 4. 抑制法 8. 举例说明燃烧产物(包括烟)有哪些毒害作用?其危害性主要体现在哪几个方面? 除了CO2和H2O 外，烟气中的其他成分都有一定的毒性、刺激性或腐蚀性。其危害性体现在以下三个方面：1）毒害性；2）减光性3）爆炸性 9.试求出在p ＝1atm 、T=273K 下，1公斤苯(C6H6)完全燃烧所需要的理论空气量。 3 22 ,0,030.10104.2248129276.4104.22)32 32412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??+?=??-++?== -- 10.已知木材的组成为:C-46%、H-6.0%、O-37.0%、N-2.0%、W-9.0%，问在p ＝1atm 、T=273K 下木材完全燃烧产物体积是多少? 3 22 ,0,045.4104.22323746124676.4104.22)32 32412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??-+?=??-++?== -- kg m H W V N S C V V V V V air O H N SO CO yq /18.5100624.221009184.2245.479.01002284.2210046124.2210024.22100184.2279.0100284.22100324.22100124.223,0,0,0,02222=?+?+?+?+?=?+?++?+?+?= +++= 11.木材的组成为C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、W-5%.试求在1.5atm 、30℃的条件下燃烧5kg 这种木材的实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度。(空气消耗系数数取1.5)

西工大燃烧学mooc答案

第一章 燃烧的燃素学说可以正确地解释物质燃烧质量增加的现象。错 预热不属于液体燃料的燃烧分过程。 第二章 燃料热值与燃烧焓之间的关系就是负数关系 绝对焓等于生成焓与显焓之与。 燃烧本质上就就是化学反应过程。对 燃油的高热值就是燃油实际最大的可能发热量,因此在实际工程应用中燃油的热值都就是采用高热值。错 化学动力学就是研究化学反应的速率与反应历程的科学。 分支链式反应三个阶段的先后顺序就是感应期、爆炸期、稳定期。 A、B两分子之间单位时间内的碰撞频率的符号用Z表示。 质量作用定律适用于所有的化学反应。错 反应物分子发生碰撞时只要碰撞能量大于活化能就能导致发生化学反应。错 阿累尼乌斯定律适用于简单反应与有明确反应级数的反应。对 第三章 1下说法错误的就是( B ): A.Rayleigh线就是质量守恒与动量守恒的结合; B.Rayleigh线与释热有关; C.对于无化学反应的混合物,q=0, Hugoniot曲线通过初始状态点。 D.Rayleigh线可以用于任何气体; 多组分气体的热流量与单组分气体的有所不同,它不仅与温度梯度有关,还与各组分扩散所产生的( 焓差 )有关。 扩散速度等于(组分 )速度与( 质量平均)速度之差: 把初始状态(未燃烧的)与最终状态连在一起的Rayleigh线的斜率给出燃烧波的(速度 )。 上C-J点,U,给定了爆震波速度的(最大值 );下C-J点,L,给定了缓燃速度的( 最大值 ); 在双组分混合物中,组分A的扩散通量的方向与该组分当地质量分数梯度方向(相反)。 对于爆震波,未燃气体到已燃气体,压力、密度、温度都就是(增加)的,爆震使已燃气体( 跟着)燃烧波运动;对于缓燃波,未燃气体到已燃气体,压力、密度都就是(减少)的,缓燃使已燃气体( 背着)燃烧波运动。 在以初始状态特征值为中心的四个象限中,( 左上限)包含了压缩波,而( 右下限)包含了膨胀波。 在燃烧学中,一般使用( 上C-J点爆震)来表征爆震波。 下列说法正确的就是(): A. 下C-J点的马赫数Mb=1; B. 对于强缓燃,终态的比容比下C-J点的小; C. 所有的膨胀波都就是以超音速传播的; D. 在缓燃区内, (燃气相对于缓燃波的速度)的正切函数大于下C-J点的值; 导热通量的方向与温度梯度方向( 相反,绝对值( 正)比于该梯度值,比例系数称为( 导热系数。 控制体内动量的变化率等于作用在控制体的( 表面力与体积力)之与: 下列说法正确的就是( A):

最新燃烧学讲义第一章

第1章燃烧化学基础 1 1.1 燃烧的本质和条件 2 1.1.1 燃烧的本质 3 所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、4 发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定5 （或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；6 发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧7 不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。 8 从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火9 焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。 10 如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀11 作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，12 这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。 13 现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子14 这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反15 应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 16 1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用 17 1.1. 2.1 燃烧的条件 18

燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化19 还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。 20 1．可燃物（还原剂） 21 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机22 物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如23 氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。 24 2．助燃物（氧化剂） 25 凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧26 气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，27 可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。 28 3．点火源 29 凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩30 擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。 31 上述三个条件通常被称为燃烧三要素。但是即使具备了三要素并且相互结32 合、相互作用，燃烧也不一定发生。要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃33 物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。燃烧34 能发生时，三要素可表示为封闭的三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a）35 所示。 36 经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。但是，37

燃烧学讲义第一章教学教材

燃烧学讲义第一章

第1章燃烧化学基础 1.1 燃烧的本质和条件 1.1.1 燃烧的本质 所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。 从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。 如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。 现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用 1.1. 2.1 燃烧的条件 燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。 1．可燃物（还原剂） 不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。 2．助燃物（氧化剂） 凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。 3．点火源 凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。 上述三个条件通常被称为燃烧三要素。但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。燃烧 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

燃烧学复习重点2014

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？

燃烧学习题答案

燃烧学习题答案

燃烧学习题答案： 第一章 1.解释下列基本概念: (1)燃烧：燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。 (2)火灾：在时间和空间上失去控制的燃烧称为火灾。 (3)烟：由于燃烧不完全等原因会使得产物中混有一些微小的颗粒，这时即形成“烟”。 (4)热容：在没有相变化和化学变化的条件下，一定量的物质温度每升高一度所需要的热量。 (5)生成热：化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热。 (6)标准燃烧热：在0.1013MPa和指定温度下，1mol某物质完全燃烧时的恒压反应热。 (7)热值：单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧所放出的热量。 (8)低热值：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。 2.燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征. 燃烧的本质是一种氧化还原反应。特征是：放热、发光、发烟、伴有火焰。 3. 如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法? 可燃物、助燃物和点火源是燃烧的三要素，要发生燃烧燃烧，可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点火源要有一定的温度和足够的热量。根据燃烧条件，可以提出以下防火和灭火的方法： 防火方法：1．控制可燃物；2．隔绝空气；3．消除点火源 灭火方法：1．隔离法2．窒息法3．冷却法 4. 抑制法 8. 举例说明燃烧产物(包括烟)有哪些毒害作用?其危害性主要体现在哪几个方面? 除了CO2和H2O外，烟气中的其他成分都有一定的毒性、刺激性或腐蚀性。其危害性体现在以下三个方面：1）毒害性；2）减光性3）爆炸性

9.试求出在p ＝1atm 、T=273K 下，1公斤苯(C6H6)完全燃烧所需要的理论空气量。 3 22 ,0,030.10104.2248129276.4104.22)3232412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??+?=??-++?== -- 10.已知木材的组成为:C-46%、H-6.0%、O-37.0%、N-2.0%、W-9.0%，问在p ＝1atm 、T=273K 下木材完全燃烧产物体积是多少? 3 22 ,0,045.4104.22323746124676.4104.22)32 32412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??-+?=??-++?== -- kg m H W V N S C V V V V V air O H N SO CO yq /18.5100624.221009184.2245.479.01002284.2210046124.2210024.22100184.2279.0100284.22100324.22100124.223,0,0,0,02222=?+?+?+?+?=?+?++?+?+?= +++= 11.木材的组成为C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、W-5%.试求在1.5atm 、30℃的条件下燃烧5kg 这 种木材的实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度。(空气消耗系数数取1.5) 3 22 ,0,026.4104.22324045124876.4104.22)3232412(76.421.02 m O S H C V V O air =???? ? ??-+?=??-++?== -- kg m H W V N S C V V V V V air O H N SO CO yq /90.4100524.221005184.2226.479.01002284.2210048124.2210024.22100184.2279.0100284.22100324.22100124.223,0,0,0,02222=?+?+?+?+?=?+?++?+?+?= +++= 标准状况下3 ,0,003.726.4)15.1(90.4)1(m V V V air yq yq =?-+=-+=α 所以300'20.503.7' 5.11 273303''m V P P T T V yq yq =??=?= 燃烧5kg 这种木材产生的烟气体积为5×5.20=26m 3 3,000,0'15.326.4' 5.11273303''m V P P T T V air air =??=?=

西安交大燃烧学课件燃烧学习题答案

《燃烧学》复习题参考答案集 2009 / 1 / 9 第一章化学热力学与化学反应动力学基础 1、我国目前能源与环境的现状怎样？电力市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？ 我国目前的能源环境现状： 一、能源丰富而人均消费量少 我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源60%以上在华北，水力资源70%以上在西南，而工业和人口集中的南方八省一市能源缺乏。虽然在生产方面，自解放后，能源开发的增长速度也是比较快，但由于我国人口众多，且人口增长快，造成我国人均能源消费量水平低下，仅为每人每年吨标准煤，而1 吨标准煤的能量大概可以把400吨水从常温加热至沸腾。 二、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境 从目前状况看，煤炭仍然在我国一次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的比例是相当大的。 以煤为主的能源构成以及62％的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染严重的主要根源。据历年的资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，对我国城市的大气污染的危害已十分突出：污染严重、尤其是降尘量大；污染冬天比夏天严重；我国南方烧的高硫煤产生了另一种污染——酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。 三、农村能源供应短缺 我国农村的能源消耗，主要包括两方面，即农民生活和农业生产的耗能。我国农村人口多，能源需求量大，但农村所用电量仅占总发电量的14%左右。而作为农村主要燃料的农作物桔杆，除去饲料和工业原料的消耗，剩下供农民作燃料的就不多了。即使加上供应农民生活用的煤炭，以及砍伐薪柴，拣拾干畜粪等，也还不能满足对能源的需求。 电力市场现状： 2008年10月份，中国电力工业出现％的负增长，为十年来首次出现单月负增长。11月，部分省市用电增幅同比下降超过30％。在煤价大幅上涨和需求下滑的影响下，目前火电企业亏损面超过90％，预计全年火电全行业亏损将超过700亿元。 走势分析 2009年，走过今年“寒冬”的电力行业将机遇与挑战并存，挑战大于机遇。受整个经济下滑的影响，“过剩”的尴尬将继续显现。 电价矛盾将更加突出。今年以来，国家制定的煤电价格联动政策迟迟无法实施，导致发电企业亏损不断累积，电价矛盾日益尖锐。面对明年经济形势的复杂情况，电力销售价格能否适时调整，具有很大的不确定性。 结构调整有望借势“提速”。明年宽松的用电环境正好为中国电力结构调整腾出了时间和空间。面对今年的大变局，国内发电企业将从跑马圈地式的快速扩张，转向注重效益的发展模式。 燃烧科学的发展前景 燃烧学是一门正在发展中的学科。能源、航空航天、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的重大问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、煤浆(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃烧、流化床燃烧、催化燃烧，渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制、火灾起因和防止等。 我国的能源现状也决定了必须大力的发展燃烧学科。 燃烧学的进一步发展将与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展相互渗透、相互促进。 2、什么叫燃烧？