万方数据
万方数据
２０１０年２月陈俊杰等：氢气，空气预混合微尺度催化燃烧
计算中氢气的质量分数为２．８３％，入口速度Ｖ为
２
ｍ／ｓ，图２和图３分别显示了不同反应模型下管道
内的温度和ＯＨ质量分数以及Ｈ２和Ｈ２０质量分数的分布图．根据ＯＨ质量分数分布，能识别微型管道内是否发生燃烧反应，ＯＨ自由基的集中分布区常可
用于表示火焰位置，高ＯＨ质量分数可以作为反应区域和高温区域的标志．从图中可以看到，在不同反应模型的情况下氢气都可以在微尺度管道内实现稳定的燃烧，无催化条件下，空间气相反应的火焰结构呈圆锥形，高温和高ＯＨ质量分数值区域位于管道前端
（ｃ）空间气相与表面催化的耦合反应
图２不同反应模型下的管道内温度和ｏＨ质量分数分布
（ｃ）空间气相与表面催化的耦合反应
图３不同反应模型下的管道内Ｈ：和Ｈ２０质量分数分布
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
质量守恒定律——微观示意图 一、单选题(共8道，每道10分) 1.如图是电解水的微观示意图，从中获得的信息错误的是( ) A.1个氧分子由2个氧原子构成 B.反应前后分子的种类和数目没有改变 C.同种原子可以结合成分子，不同种原子也可以结合成分子 D.化学变化中，分子可分为原子，原子不能再分 答案：B 解题思路：根据题意，图中表示的是H2O通电分解为O2和H2，且给出了反应前后微粒的数目，可直接写出反应的化学方程式：2H2O2H2↑+ O2↑。 A．由图可知，1个氧分子由2个氧原子构成，A正确。 B．由图可知，在通电条件下，每2个水分子分解生成2个氢分子和1个氧分子，反应前后分子的种类和数目发生了改变，B错误。 C．由图可知，氢原子和氧原子可以结合成水分子，氢原子和氢原子可以结合成氢分子，氧原子和氧原子可以结合成氧分子，故同种原子可以结合成分子，不同种原子也可以结合成分子，C正确。 D．由图可知，在该反应中水分子能分解生成氢、氧两种原子，而氢、氧两种原子没有再分，从而可知化学变化中，分子可分为原子，原子不能再分，D正确。 故选B。 试题难度：三颗星知识点：微观示意图 2.如图为甲、乙两种物质反应生成丙、丁的微观示意图，下列说法正确的是( ) A.丁物质是由氢原子构成的 B.反应前后原子的种类和数目发生改变 C.反应生成的丙和丁的分子个数比为1:3 D.该反应的化学方程式为H2O+CH4CO+H2。 答案：C 解题思路：根据题意，甲、乙、丙、丁的化学式分别为H2O、CH4、CO、H2，图中还给出了反应前后微粒数目，可直接写出反应的化学方程式：H2O+CH4CO+3H2。
收稿日期:2008-11-13 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50576032);江苏大学博士生科研创新基金资助项目 作者简介:陈俊杰(1980-),男,浙江天台人,博士研究生,主要从事微尺度燃烧理论与技术和微动力装置等方面的研究。 氢气预混合微尺度催化燃烧的数值模拟 陈俊杰,王 谦 (江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013) 摘 要:通过耦合计算流体力学软件F L U E N T 和化学反应动力学软件C H E M K I N 并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及预混合气体入口速度、当量比Υ和管径对催化燃烧反应的影响。计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;当量比Υ和管径对氢气的催化燃烧过程有重要的影响。关键词:氢气;微尺度;催化燃烧;数值模拟;燃烧特性 中图分类号:T K 16 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2009)01-0006-04 N u m e r i c a l s i m u l a t i o n o nc a t a l y t i c c o m b u s t i o n p r o c e s s o f h y d r o g e n /a i r m i x t u r e i n s i d e m i c r o -t u b e s C H E NJ u n -j i e ,W A N GQ i a n (S c h o o l o f E n e r g y a n dP o w e r E n g i n e e r i n g ,J i a n g s uU n i v e r s i t y ,Z h e n j i a n g 212013,C h i n a ) A b s t r a c t :C a t a l y t i c c o m b u s t i o no f h y d r o g e n /a i r m i x t u r ei n s i d e m i c r o -t u b e s w a sn u m e r i c a l l y i n v e s t i g a t e db y u s i n g t h e c o m m e r c i a l f l u i dd y n a m i c s c o d e F L U E N Tc o u p l e dw i t h t h e c h e m i c a l r e a c t i o nd y n a m i c s s u b r o u t i n eC H E M K I N a n dd e -t a i l e dc h e m i c a l r e a c t i o n m e c h a n i s m s .C o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c s f o r d i f f e r e n t r e a c t i o n m o d e l s a n d t h e i n f l u e n c e o f i n l e t v e l o c i t y ,e q u i v a l e n c e r a t i o o f h y d r o g e n/a i r i n m i x t u r e a n d t u b e d i a m e t e r o n s u r f a c e c a t a l y t i c c o m b u s t i o n r e a c t i o n w e r e d i s c u s s e d .C o m p u t a t i o n a l r e s u l t s i n d i c a t et h a t t h e s u r f a c e c a t a l y t i c c o m b u s t i o n r e s t r a i n s t h e g a s p h a s e c o m b u s t i o n .A s t h e i n l e t v e l o c i t y i n c r e a s e s ,t h e e x i s t e n c e o f t h e s u r f a c e c a t a l y t i c c o m b u s t i o n a n d t h e g a s p h a s e c o m b u s t i o n h a s t w o c o n -t r o l l i n g f a c t o r s o n c o m b u s t i o n .E q u i v a l e n c e r a t i o o f h y d r o g e n/a i r i n m i x t u r e a n d t u b e d i a m e t e r h a v e i m p o r t a n t i n f l u e n c e o nc a t a l y t i c c o m b u s t i o no f h y d r o g e n . K e yw o r d s :h y d r o g e n ;m i c r o -s c a l e ;c a t a l y t i c c o m b u s t i o n ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;c o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c s 随着便携式计算机、移动通讯、隐身飞行器、微型飞机以及其他必需的移动设备等高技术的发展与完善,越来越迫切地需要重量轻、储能大、寿命长的高性能微型能量源。由于微动力机电系 统、微推进系统和微型发电系统等具有能量密度高、供能时间长、体积小等优点,从而备受世界各国研究者的关注,作为其核心部件的微尺度燃烧器,实现微尺度条件下燃料持续稳定燃烧就成为研发高效、安全、稳定的微尺度燃烧器的基础 [1] 。 在微尺度燃烧中,由于燃烧器尺度的减小,导致散热速率急剧提高,使常规火焰无法稳定燃烧, 火焰传播的灭火极限直径也使得常规火焰无法在 如此小的燃烧器内传播,因此必须采取特殊的措施来维持燃烧器内的稳定燃烧。催化燃烧具备以下特点:首先,催化燃烧的反应区域固定,使燃烧器的设计趋于简单;其次,催化燃烧的温度较低, 能够有效地降低热量损失;最后,燃烧在催化表面进行,使其更加适合应用于表面积与体积比很大的微尺度动力系统。因此催化燃烧成为目前被采 用的、比较有效地解决微尺度燃烧的途径[2-3] 。 国内外学者已经开展氢气和空气的预混合气体在微尺度燃烧器内燃烧的数值模拟方面的研究[3-5] 。就计算模型来讲:有些采用恒定壁温条件[3] ;有些假设管壁很薄,从而忽略轴向的换 研究与探讨 DOI :10.16189/j .cn ki .nygc .2009.01.010
第五单元化学反应前后微观结构示意图练习题1．自来水用氯气消毒过程常发生化学反应，其微观过程可用下图表示： （1）写出该反应的化学方程式。 （2）写出（1）中生成物与NaOH溶液发生常见中和反应的化学方程 式。 （3）反应物中氯元素的化合价为。 、 2．右图是密闭体系中某反应的徽观示意图，“”和“”分别 表示不同原子。 （1）反应后方框内应再填入1个徽粒 （选填序号）， A. B. C （2）该反应属于反应（填“分解”“化合”“置换”“复分解”）； （3）写出符合徽观图的一个具体反应的化学方程式。 3．我国最近已研究出新型水处理剂C1O2的新制法，其反应的微观过程如下图所示。“●”氯原子、“”氧原子、“”钠原子 ￥ ， (1)乙中氯元素的化合价为。 (2)该反应化学方程式。 (3)该反应中甲、乙、丙、丁化学计量数之比为。 4. 若用和表示不同元素的原子，原子的不同组合可以构成不同的分子。 / （1）该化学反应的基本反应类型。 （2）任写一个符合该图形的化学方程式。 （3）观察示意图，关于化学反应你的认识为。 5．在点燃条件下，A和B反应生成C和D。反应前后分子变化的微观示意图如下所示。请回答以下问题： 。 （1）A中氮元素和氢元素的质量比为_____。 （2）4种物质中，属于化合物的是_____（填图中字母）。 （3）写出该反应的化学方程式。 （4）该反应的基本反应类型为_____ 。 （5）在该反应中，生成C和D的质量比为_____（结果用最简整数比表示）。 6. 下图是某个反应过程的微观示意图。该反应的化学方程式为 … （1）写出该反应的化学方程式。 （2）该反应中化合价降低的元素为_____ ，属_____ 反应。 （3）该反应在环保上的具体应用为_____ 。 7.下图中为某化学反应的微观模拟示意图：表示氮原子，表示氢原子。请你根据图示回答下列问题： ++ 甲丙丁
稳态一维层流燃烧实验 一实验目的 一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一。在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。描述一维预混火焰的方程组是：压力为常数的条件下的质量守衡，能量守恒，组分守恒以及理想气体状态方程。虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间的关系，但不能唯一确定层流火焰速度，其准确解只有通过数值积分才能获得。本实验考察层流火焰的传播速度以及与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系。 二实验方法 采用Chemkin自带的实例flame_speed_freely_pripagating.ckprj（甲烷-空气火焰传播速度）。模拟绝热、大气压力、自由传播、化学当量混合甲烷-空气预混合燃烧火焰的传播速度。模拟计算中不考虑NO x形成，仅采用甲烷-空气骨架燃烧机理。火焰用详细轴向温度分布做定温计算。设置火焰温度（在入口温度到峰值温度间），通过调节反应器内部的计算区域，来获得预热到反应完整过程，保证初始温度变化曲线足够平坦（温度梯度为0），计算报表反馈火焰传播速度。 三实验步骤 ?启动Ckemkin ?点击Open Project ?双击samples ?单击flame_speed_freely_propagating.ckprj ?单击Select按钮 ?双击左侧浏览器中的Pre-Processing选项 ?在弹出的新窗口中，点击Run Pre-Processon按钮，①View Results...按钮
可用；②左侧浏览器中出现Run Model选项 ?(可选)点击View Results...按钮，可查看甲烷的气相反应机理和气相传递 数据。 ?双击右侧浏览器中的Run Model选项，出现Run Model(flame_speed_freely_propagating)窗口。 ?点击Create Input File按钮，Run Model按钮可用。 ?点击Run Model按钮，计算甲烷-空气层流燃烧。 四查看和分析实验结果 1）查看实验结果 ?打开工作目录下的flame_speed_freely_propagating.out文件，编辑/查找，在 查找对话框内输入“cm/s”，查找该文件中最后一个速度栏。在该栏下的第一个数值就是层流火焰的传播速度，为41.01cm/s. ?点击Run Model窗口中的Run Post Processor按钮，弹出Select Results to Import to Plotting Package窗口。 ?点击Solution Sets选项卡，选择最后一个计算结果： Solution_variables_vs_distance_for_Soln_No_3 ?点击Species/V ariables选项卡，首先点击None按钮，清除所有被选中的选项， 然后选择所需查看的参数，点击OK按钮显示二维曲线图。 ①压力pressure-distance曲线 图1 压力-距离曲线
化学反应原子微观意图专项练习 一.选择题(共30小题) 1.(2015?盘锦)下列各图中,“”与“”分别表示两种不同元素的原子,其中表示混合物的就是() A. B. C. D. 2.(2015?黑龙江)如图所示,为某化学反应的微观模拟示意图,其中“”表示氧原子,“●”表示碳原子,“O”表示氢原子,则该化学反应中不存在的物质种类就是() A.单质 B.氧化物 C.盐 D.有机物 3.(2015?揭阳)如图所示的微观化学变化,其基本反应类型属于() A.置换反应 B.化合反应 C.分解反应 D.复分解反应 4.(2015?南昌)如图就是某化学反应过程的微观示意图,下列有关说法正确的就是() A.反应前后分子的个数不变 B.生成物有三种 C.反应前后汞原子与氧原子的个数不变 D.汞与氧气都由分子构成 5.(2015?昆明)某个化学反应的微观示意图如图.有关说法正确的就是()
A.该反应为分解反应 B.该反应不遵守质量守恒定律 C.该反应前后分子种类未发生变化 D.该反应的化学方程式为H2+Cl22HCl 6.(2015?遂宁)甲烷与水反应可以制水煤气(混合气体),其反应的微观示意图如图所示: 根据以上微观示意图得出的结论中,正确的就是() A.反应前后各元素的化合价均不变 B.水煤气的成分就是一氧化碳与氧气 C.该反应中含氢元素的化合物有3种 D.该反应的化学方程式中,反应物甲烷与水的计量数之比为1:1 7.(2015?深圳)某反应的微观示意图如下,下列说法正确的就是() A.该反应说明原子在化学反应中可再分 B.反应物的分子个数比为3:2 C.所有参与反应的物质都就是化合物 D.D物质中氯元素的化合价+1 8.(2015?泉州)如图就是某个化学反应的微观示意图.下列从图中获得的有关信息正确的就是() A.反应物含3种元素 B.生成了2种物质 C.反应前后元素种类不变 D.反应前后分子个数不变 9.(2015?雅安)如图为某化学反应的微观示意图,图中“●”表示硫原子,“○”表示氧原子.下列说法中错误的就是() A.甲就是SO2 B.该反应属于化合反应
化学反应微观示意图化学反应的本质： 化学反应的本质是原子的重新组合。化学反应围观示意图能清晰的使用微观粒子表示化学反应的本质和过程。 例如： 表示的化学反应为：Cl+2NaClO==2NaCl+2ClO 222典型例题解析：一、确定模型表示的物质 例1：分子模型可以直观的表示分子的微观结构（分子模 型中，不同颜色、大小的小球代表不同的原子）。下图所示的分子模型表示的分子是 A．HCHO B．CO C．NH D．CH 324【解析】:模型表示物质的确定要从物质的元素种类、每个分子中原子的个数、原子的总数来综合考虑。模型中小球的大小及颜色不同值代表了不同种类的原子，也就是代表了宏观上的元素种类的不同。同种小球的个数代表了同种原子的个数。本题中有三种不同的小球，说明分子中有三种不同的原子，且其中有两个同种原子，另外分别有两种一个原子。符合条件的只有A。 。A【答案】：
二、判定模型表示的变化 例2：下列用微观图示表示的物质变化，属于化学变化的是 D．①②③C．①③A．①②B．②③ 【解析】：化学变化的判定标准就是要有新物质生成。在三个变化中， ①表示了氢气和氧气反应生成水的反应，有新物质水生成，化学变化。 ②中变化前是A、B两种物质，变化后仍然是这两种物质，没有新物质生成，物理变化。③反应前有钠离子、氯离子、氢离子和氢氧根离子，反应后氢离子和氢氧根离子生成了水，有新物质生成，化学变化。【答案】：C。 三、观察模型变化的结果 例3：右图表示封闭在某容器中的少量液态水的微观 示意图(该容器的活塞可以左右移动)。煮沸后，液态）（发生的变化是在这一过程中，水变成水蒸
气。． 【解析】：水受热由液态变成水蒸气是物理变化，根据物理变化的定义，变化前后物质不变，水分子的本身大小和个数也不会改变，仅仅是分子间的间隔变大，且分子还是均一的状态，不会跑到容器的一端。【答案】：B。 四、判定模型表示的化学反应类型 例4：如图所示的微观化学变化的反应类型是 A．置换反应B．化合反应 C．分解反应D．复分解反应 【解析】：观察反应前后模型的变化，可以知道：反应前只有一种化合物，反应后生成了一种化合物和一种单质，符合一分为多这样的特
化学反应微观示意图 化学反应的本质： 化学反应的本质是原子的重新组合。化学反应围观示意图能清晰的使用微观粒子表示化学反应的本质和过程。 例如： 表示的化学反应为：Cl2+2NaClO2==2NaCl+2ClO2 典型例题解析： 一、确定模型表示的物质 例1：分子模型可以直观的表示分子的微观结构（分子模 型中，不同颜色、大小的小球代表不同的原子）。下图所 示的分子模型表示的分子是 A．HCHO B．CO2C．NH3D．CH4 【解析】:模型表示物质的确定要从物质的元素种类、每个分子中原子的个数、原子的总数来综合考虑。模型中小球的大小及颜色不同值代表了不同种类的原子，也就是代表了宏观上的元素种类的不同。同种小球的个数代表了同种原子的个数。本题中有三种不同的小球，说明分子中有三种不同的原子，且其中有两个同种原子，另外分别有两种一个原子。符合条件的只有A。 【答案】：A。
二、判定模型表示的变化 例2：下列用微观图示表示的物质变化，属于化学变化的是 A．①②B．②③C．①③D．①②③ 【解析】：化学变化的判定标准就是要有新物质生成。在三个变化中， ①表示了氢气和氧气反应生成水的反应，有新物质水生成，化学变化。 ②中变化前是A、B两种物质，变化后仍然是这两种物质，没有新物质生成，物理变化。③反应前有钠离子、氯离子、氢离子和氢氧根离子，反应后氢离子和氢氧根离子生成了水，有新物质生成，化学变化。【答案】：C。 三、观察模型变化的结果 例3：右图表示封闭在某容器中的少量液态水的微观 示意图(该容器的活塞可以左右移动)。煮沸后，液态 水变成水蒸气。在这一过程中，发生的变化是（）
教师辅导教案 组长审核：
化学反应的本质是原子的重新组合。化学反应围观示意图能清晰的使用微观粒子表示化学反应的本质和过程。 例如： 表示的化学反应为：Cl2+2NaClO2==2NaCl+2ClO2 三、例题解析 一、确定模型表示的物质 例1：分子模型可以直观的表示分子的微观结构（分子模型中，不同颜色、大小的小球代表不同的原子）。 下图所示的分子模型表示的分子是 A．HCHO B．CO2C．NH3D．CH4 二、判定模型表示的变化 例2：下列用微观图示表示的物质变化，属于化学变化的是 A．①②B．②③C．①③D．①②③ 三、观察模型变化的结果 例3：右图表示封闭在某容器中的少量液态水的微观示意图(该容器的活塞可以左右移动)。煮沸后，液态水变成水蒸气。在这一过程中，发生的变化是（）
四、判定模型表示的化学反应类型 例4：如图所示的微观化学变化的反应类型是 A．置换反应B．化合反应C．分解反应D．复分解反应 五、判定模型表示的物质分类 例5：物质都是由微粒构成的。若用“○”和“●”表示两种不同元素的原子，下列能表示化合物的是 六、判定模型表示的粒子构成 例6：参考下列物质的微观结构图示，其中由阴，阳离子构成的物质是（）
七、安排化学反应顺序 例7：水电解的过程可用下列图示表示，微粒运动变化的先后顺序是 A．①②③④B．④①③②C．①②④③D．①④③② 八、寻找符合模型的化学反应 例8：下图是用比例模型来表示物质间发生化学反应的微观示意图。图中“”分别表示两种元素的原子，一定条件下发生的下列反应能用下图表示的是 A．2H2+O2=2H2O B．2CO+O2=2CO2C．N2+O2=2NO D．N2+3H2=2NH3 九、找寻化学反应的微观模型 例9：氢气不仅可以在空气中燃烧，还可以在氯气中燃烧，反应方程式为H2+Cl22HCl，若用“○”表示氯原子，“●”表示氢原子，则上述反应可表示为 A. B. C. D. 十、说明模型图示的微观意义 例11：某化学反应的微观示意图如下，图中“”“”，
“化学反应微观示意图”专题训练 1．下列各图中，“”和“”分别表示两种不同元素的原子，其中表示混合物的是（） A．B．C．D． 2．如图所示，为某化学反应的微观模拟示意图，其中“”表示氧原子，“●”表示碳原子，“O”表示氢原子，则该化学反应中不存在的物质种类是（） A．单质B．氧化物C．盐D．有机物 3．如图所示的微观化学变化，其基本反应类型属于（） A．置换反应B．化合反应C．分解反应D．复分解反应4．如图是某化学反应过程的微观示意图，下列有关说法正确的是（） A．反应前后分子的个数不变B．生成物有三种 C．反应前后汞原子和氧原子的个数不变D．汞和氧气都由分子构成5．某个化学反应的微观示意图如图．有关说法正确的是（） A．该反应为分解反应B．该反应不遵守质量守恒定律 C．该反应前后分子种类未发生变化 D．该反应的化学方程式为H2+Cl点燃2HCl 6．甲烷和水反应可以制水煤气（混合气体），其反应的微观示意图如图所示： 根据以上微观示意图得出的结论中，正确的是（） A．反应前后各元素的化合价均不变B．水煤气的成分是一氧化碳和氧气C．该反应中含氢元素的化合物有3种 D．该反应的化学方程式中，反应物甲烷和水的计量数之比为1：1 7．某反应的微观示意图如下，下列说法正确的是（）
A ．该反应说明原子在化学反应中可再分 B ．反应物的分子个数比为3：2 C ．所有参与反应的物质都是化合物 D ．D 物质中氯元素的化合价+1 8．如图是某个化学反应的微观示意图．下列从图中获得的有关信息正确的是（ ） A ．反应前后元素种类不变 B ．生成了2种物质 C ．反应物含3种元素 D ．反应前后分子个数不变 9．如图为某化学反应的微观示意图，图中“●”表示硫原子，“○”表示氧原子．下列说法中错误的是（ ） A ．甲是SO 2 B ．该反应属于化合反应 C ．反应前后，分子、原子种类均不变 D ．反应中，甲、乙、丙三种物质的分子个数比为2：1：2 10．两种物质发生反应的微观示意图如图，下列说法正确的是（ ） A ．反应前后物质的总质量保持不变 B ．该反应属于复分解反应 C ．反应前后分子种类保持不变 D ．该图可示意CO 与O 2的反应 11．如图的反应中，甲、乙、丙三种分子的个数比为1：3：2，则从图示中获得的信息正确的是（ ） A ．生成物一定属于氧化物 B ．原子种类在化学反应中发生了变化 C ．该反应不可能是分解反应 D ．乙分子中A 与B 的原子个数比为1：2 12．（2012?顺义区二模）有机物丁可用作燃料电池的燃料．将二氧化碳转化成丁的过程如图所示． 下列说法正确的是（ ） A ．产物丁的分子模型为 B ．该反应中属于化合物的是甲、乙、丙 C ．该过程可实现碳循环，减少碳排放 D ．丁可能是由碳、氢、氧三种元素组成
高考中常考化学反应微观示意图 1.向滴有几滴酚酞的氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸至恰好完全反应． （1）上述过程的实验现象为． （2）如图表示该反应前后溶液中存在的主要离子，写出每种图形代表的离子．（填离子符号） ；； （3）氨水（NH3?N2O）也能使酚酞变色，原因是氨水和氢氧化钠溶液中均含有一种相同离子，该离子是．（填离子符号） 【答案】（1）溶液由红色变为无色；（2）Na+、OH﹣、Cl﹣；（3）OH﹣． 【解析】解：（1）氢氧化钠与盐酸反应生成氯化钠和水，方程式为：NaOH+HCl=NaCl+H2O；氯化钠呈中性，盐酸过量，使反应后溶液呈酸性，中性或酸性溶液不能使酚酞变色．（2）反应前，溶液中含有大量的氢离子、氯离子，钠离子、氢氧根离子，反应后，溶液中含有大量的氯离子、钠离子；故三种离子分别为：Na+、OH﹣、Cl﹣； （3）氨水（NH3?N2O）也能使酚酞变色，原因是氨水和氢氧化钠溶液中均含有一种相同离子，该离子是OH 2．向K2CO3溶液中滴入Ba（OH）2溶液至恰好完全反应． （1）可以观察到的实验现象是． （2）如图表示该反应前后溶液中存在的主要离子，写出每种图形代表的离子．（填离子符号） （3）下列物质能与K2CO3溶液反应产生类似上述实验现象的是．（双项选择）
A．Ca（OH)2 B．HCl C．BaCl2 D．（NH4)2SO4． 【答案】（1）产生白色沉淀；（2）K+；CO32﹣；OH﹣．（3）AC 【解析】解：（1）碳酸钾和氢氧化钡反应生成白色沉淀碳酸钡和氢氧化钾，因此可以观察到的实验现象是产生白色沉淀．故填：产生白色沉淀． （2）由图中信息可知，表示K+，表示CO32﹣，表示OH﹣．故填：K+；CO32﹣；OH﹣． （3）碳酸钾能和氢氧化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和氢氧化钾，和氯化钡反应生成白色沉淀碳酸钡和氯化钾，因此下列物质能与K2CO3溶液反应产生类似上述实验现象的是Ca（OH） 和BaCl2．故选：AC． 2 3．组成相似的盐具有一些相似的化学性质。 （1）①Cu(NO3)2溶液和CuSO4溶液都含有大量（填离子符号）。 ②向Cu(NO3)2溶液中加入NaOH溶液，充分振荡。反应的化学方程式 为。 ③向CuSO4溶液中加入过量锌片，充分反应后，可看到的现象 是，右图表示该反应前后溶液中存在的主要离子，请写出每种图形代表的离子（填离子符号）： 、、。 （2）除上述实验外，在溶液中与Cu(NO3)2和CuSO4均能反应的物质还有、（任举二例。填化学式，下同）。 （3）在溶液中能与CuSO4反应而不与Cu(NO3)2反应的物质有（任举一例）。【答案】：（1）①Cu2+ ②Cu(NO3)2 + 2NaOH= Cu(OH)2↓+2NaNO3 ③锌片表面有红色固体析出，溶液由蓝色变无色；Cu2+、SO42-、Zn2+ （2）Ba(OH)2、KOH （3）BaCl2 【解析】：（1）①Cu(NO3)2溶液中含有Cu2++和NO3，CuSO4溶液中含有Cu2+和SO42-，所以两种溶液共同含有的是Cu2+。③向CuSO4溶液中加入过量的锌片，发生置换反应，
层流预混火焰浓度稳定界限的测定 实验成员：徐俊卿 郑仁春 韩超 一、实验的理论基础 现代工业要求尽可能高效地利用燃料，这就要求在稳定燃烧条件下，使燃料与空气以适当的比例混合燃烧。因此对燃料燃烧特性及流体力学和热力学方面需要有详细了解。 预混可燃气燃烧时，如果预混气体的速度在火焰锋面上的法向分量大于火焰传播速度，火焰将向下游移动，最后完全熄灭，称为吹脱或吹熄。反之，如果预混气的法向速度小于火焰传播速度，火焰将逆流向上游移动，进入燃烧器内部，即出现回火现象。 在燃烧过程中，出现回火和熄灭都是不允许的。回火会引起爆炸。熄灭使动力机械停止工作，并向周围扩散有毒气体，有中毒和爆炸的危险。 回火现象只能出现在预混燃烧过程中。在扩散燃烧中，燃料和空气是分别送入燃烧室的，在燃烧器内两者并不接触，因此没有回火现象。熄灭或吹脱现象在预混燃烧和扩散燃 煤气 甲烷 （l/min ） 图1-1 甲烷/空气 煤气/空气 稳定曲线 要维持正常的稳定燃烧，就需要避免出现回火或熄灭现象，因而要求知道燃料的稳定燃烧范围。这一稳定界限与燃料/空气比和环境的温度和压力有关。图1—1是甲烷/空气煤气/空气在常温常压下预混燃烧的火焰稳定范围。图中下部是富油燃烧区，稳定范围宽，不易回火和吹脱。但火眼呈黄色，发光。下面一根曲线为火焰尖顶出现黄色的界限。图中上方为火焰吹脱熄灭界限。当预混气处于该曲线上方时，火焰被吹脱。 左边回火界限呈斜山立形，预混气的状态处于山丘内时出现回火现象。回火界限与预混气的空气气/燃气比有关。当空气/燃气比接近化学计量值时，火焰传播速度快，稳定范围小，容易出现回火。但这时燃烧效率最高。 二、实验原理 本实验用一套预混火焰装置（本生灯）进行实验，既可以定性观察预混火焰的各种现象，又可以定量地测定火焰浓度稳定的界限，火焰传播速度等各种燃烧特性。 ～220V 图1-2实验系统图示意图 图1—2为实验装置系统图，小型压气机供给压缩空气，通过一个稳压减压阀保持气压
第四节混合气的形成和燃烧 在柴油机中燃油经过喷油器，以很高的压力喷入气缸，与气缸中的压缩空气混合，自行发火并燃烧。由于时间有限，要保证后续的燃烧完善，必须有一套完好的喷油设备，及与之配合的燃烧室。有些柴油机的燃烧必须有适当的空气运动，这就要求燃油雾化、空气运动及燃烧室这三要素之间有良好的配合。 一、燃油的雾化 燃油自喷油器喷孔中在高压下以高速（可达200m/s）喷出，被雾化成很微小的细粒，其直径从5μm到250μm不等。较大油粒在运动中根据空气压力和燃油表面张力及粘度之间的平衡，还可进一步分裂为微细的颗粒，这些油粒具有一定的贯穿力，使它们能够均匀地分布在燃烧室中。即燃油雾化靠的是（1）紊流，（2）空气分子的撞击、摩擦。燃油雾化成无数的细微油滴，增加了表面面积，加速了从空气中的吸热过程和油滴的气化过程，加快了燃烧和能量转化，对提高柴油机性能有极大的帮助。 1．油雾的形成 油束参数及周围空气情况如图4-4-1所示。 喷油初期，喷注前锋首先依靠自己的惯性力，然后依靠后续喷注对它的推进而向前飞驰。根据喷射过程的压力变化，初始喷注的速度并不是最高速度，而在最大喷射压力时，喷口处的喷注速度才是最高喷速。喷注在最高喷速下以最大的惯性力推动先头喷注前进。 喷油后期，缸内压力升高，而喷油压力却迅速下降。这时喷孔两端的压力差迅速减小。喷注尾部的速度低于其前面的喷注速度。 喷注前锋部分，实际上是不断补充和更新的。因为最早进入缸内的喷注，受迎面空气阻力最早也最大，同时受热时间也最长，因而气化也最早。 供油停止后，喷注失去了后续部分，Array由于喷孔两端压力差和喷速均较小，因而 向径向扩展较慢，密度较大，不易雾化和 汽化。此阶段的液相油注是最后参加燃烧 的燃油，其热效率较差，容易在高温中裂 解成碳烟。 喷注的前锋高速飞驰时，其后会形成 低压区。因而出现引射效应和四周空气补 充入内的卷吸效应。燃油的引射效应和空 气的卷吸效应对喷注的撕裂、破碎和雾化 起着加速和促进作用。 每束油注在燃烧室中的空间分布，形 成一个由许多油粒组成、外形与圆锥体相 图4-4-1 油束参数及周围空气情况 似的油束，如图4-4-1所示。在油束中间部 分油粒密集、直径大，称油雾核区；而外
文章编号:1002-2082(2009)04-0631-04 基于数字图像处理的微火焰测量技术 王 勇1 ,段志轩2 ,蒋利桥1 ,赵黛青1 ,汪小憨 1 (1.中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;2.中国科学技术大学热科学与能源工程系,安徽合肥230027) 摘 要:为了提高微小火焰间接测量的准确性,根据灰度值和火焰温度的线性简化关系,利用数字图像处理软件M atlab 对火焰图像进行灰度提取,间接获得火焰高度数据。测量结果表明:所测火焰高度数据准确,和实验结果吻合,用这种方法获取数据是可行的,而且方便简明。关键词:微尺度燃烧;微火焰;数字图像处理 中图分类号:T N 911.73 文献标志码:A Measurement of micro -scale flame based on digital image processing WANG Yong 1,DUAN Zhi -x uan 2,JIAN G Li -qiao 1,ZHAO Dai -qing 1,WANG Xiao -han 1 (1.Guangzhou Instit ut e of Energ y Co nv ersio n,CA S,G uang zho u 510640,China;2.Departm ent of T her mal Science and Ener gy Engineer ing ,U niv ersity of Science and T echno lo gy of China,Hefei 230027,China) Abstract :During the micro -scale combustion experiment ,it is necessary to measure the tem peratur e o f the w ho le com bustion area to g et the flame height data using therm oco uple tem peratur e measurement method.Due to the small micr o-flam e co mbustio n area,the therm oco uple may disturb the co mbustio n stability .T o solve the problem ,digital im ag e pr ocessing method is used to analyze flam e im age based on the linear r elationship betw een im ag e gr ey values and flame tem perature to g et the flame heig ht data indirectly.Results show that the flame heig ht data is accurate and agr ees w ith the ex periment result.This indir ect m easurement metho d for micro -flame is sim ple and feasible . Key words :micro-scale combustion;micro-flame;digital imag e pro cessing 引言 燃烧的微能源系统具有很高的能量密度,是未来理想的长寿命动力供给装置,是当前的研究热点。微尺度燃烧研究是合理设计微燃烧器的前提,而对微火焰的研究是全面了解微尺度燃烧过程的基础。在设计微型燃烧器基准尺寸时,微火焰结构及高度值是一个必须考虑的影响因素。在微小平面火焰高度测量的实验研究中,采用常规的热电偶测温获取火焰高度等数据时需要对整个火焰发生区 逐点测量温度,测量比较困难。而且在微尺度情况下,由于微火焰发生区域太小,取点测量时热电偶对火焰反应区域影响较大,甚至会引起火焰面的不稳定从而导致熄火。如何避免这种影响成为微小火焰高度测量中的一个难点。 随着CCD 技术以及计算机图像处理技术的发展,利用CCD 进行测量可以满足速度快、精度高、非接触式测量的要求,文献[1]利用图像处理技术对钢管内直径及内表面检测,获得了较高精度的测 收稿日期:2009-01-10; 修回日期:2009-03-23 基金项目:国家自然科学基金项目(50776090);中日N FSC -JST 重大国际合作项目(50721140651)作者简介:王勇(1984-),男,湖南娄底人,硕士研究生,主要从事微尺度燃烧研究。E -mail :Wangy ong @ms .g iec .ac .cn 第30卷第4期2009年7月 应用光学Jo urnal of A pplied Optics V o l.30N o.4 Jul.2009
第六章 层流预混火焰传播 §6-1 火焰速度和火焰结构 一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一，在此火焰 中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。通过守恒方程和状态方程可以导出Rankine-Hugoniot 曲线。该曲线把在一维层流预混火焰中未燃气和已燃气状态联系起来。已燃气体位于Rankine-Hugoniot 曲线下分支（缓燃），并相应于未燃气体状态Rayleigh 线与具有适当反应热的Rankine-Hugoniot 曲线交点L ，如图6.1-6.2中所示。 图6.1 层流预混火焰坐标系 图6.2 一维燃烧波的Rankine-Hugoniot 曲线和Rayleigh 线 Rayleigh 线的斜率与相对于未燃气体的波的传播速度，即层流火焰速度有关。 22)()/(/u u u A m dv dP ρ?=?=& ==)(u u S u 层流火焰速度=)/()/1(dv dP u ρ? 由于缓燃Rayleigh 线斜率比爆震Rayleigh 线斜率小得多，所以缓燃速度比爆震速度小 得多。 虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间的关系，但不能唯一确定层流火焰速度u S 。为了确定u S ，必须将守恒方程通过缓燃波积分。由于在第5章中推
导的方程是非线性耦合微分方程，其准确解只有通过数值积分才能获得。它需要很大的计算资源。为了考察层流火焰的某些特征（如火焰速度和厚度）以及这些特征与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系，对方程组进行了简化，以便能分析求解。要得到简化的模型，需要引入一系列的假设。我们从考察参考系建立在火焰上的层流火焰结构的某些方面入手。如前所述，这些计算是针对等压过程进行的。但是对一维缓燃的Rankine-Hugoniot 曲线，如图6.2所示，已燃气的压力小于未燃气的压力。现在我们需要考察压力减少的数值是否小到可以忽略的程度。如果能假设压力近似不变，则可以减少一个需要求解的方程数，动量方程将减少到P=常数。 对于稳态一维燃烧波，质量守恒方程变成： 常数=?=u dx u d ρρ0/)( 忽略粘性影响和体积力（浮力），动量方程可写成： 0)/(/=+dx du u dx dP ρ 应用以上两个方程估算通过火焰的压力降， [][] 1)/(1)/()()/(22 ?=??≈Δ?=Δ=ΔΔΔ?≈Δb u u u u b u u u b u u u u u u u u P u u u u u x x u u P ρρρρρρρ 由理想气体状态方程， )/(~)/)(/)(/(/u b u b u b b u b u T T T T R R P P =ρρ 由于反应物与产物的分子量近似相同，预期穿过火焰的压力降与温度增加相比是很小的，因此 []1)/(2 ??=Δu b u u T T u P ρ 碳氢燃料与空气混合物在大气条件下的层流火焰速度典型值在15-40cm/s 范围内。 u b T T /的典型值在5-7范围内，u ρ的典型值等于33/101cm g ?×。因此P Δ的典型值为： 2650.1~1/(10~10)P N m atm ???Δ= 因此，忽略通过火焰的压力降是很合理的。 §6-2 一维层流预混火焰模型 描述一维预混火焰的方程组是：压力为常数的条件下的质量守衡（=u ρ常数），能量守恒（H=常数），组分守恒以及理想气体状态方程。如附录G 中公式（G-40），（G-41）所示， 若利用Le=1近似，可以假设能量方程和组分方程为同一种形式： []RR dx dx d D u d =?/)/(ηρηρ 式中： [] )(/)()] /[('ref R sebsible T i i i i T H T h Y Δ?=?=ηυυη 只要求解能量方程和组分方程中的一个，加上适当的边界条件，就可以完全决定火焰的结构和速度。
微观示意图分类汇编 1.（2018北京）氨催化氧化是制硝酸的主要反应之一。该反应前后分子种类不会的微观示意图如下。下列说法不正确的是（） A.甲中氮、氢原子个数比为1:3 B.乙的相对分子质量为32 C.两种生成物均为化合物 D.生成的丙与丁的分子个数比为1:2 答案：D 解析：图示的反应化学方程式为4NH3 + 5O24NO + 6H2O，甲为NH3，氮、氢原子个数比为1:3，故A正确；乙为O2，其相对分子质量为32，故B正确；两种生成物为NO和H2O，它们均由两种元素组成，都是化合物，故C正确；生成的丙(NO)与丁(H2O)的分子个数比为化学式前的计量数之比，即4:6=2:3，故D错，故选择D。 2.（2018河北）.图2所示是某化学反应的微观示意图，下列说法正确的是（） A.该反应属于置换反应 B.生成物丙由2个氢原子和1个氧原子构成 C.生成物丁中碳和氧元素的质量比为1:2 D.参加反应的甲和乙的分子个数比为2:7 【答案】D 【解析】根据微观示意图判断：2C2H6+ 7O26H2O + 4CO2。该反应属于不属于置换反应；生成物丙为H2O，一个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成；生成物丁为CO2中碳和氧元素的质量比为12×1:16×2=3:8；参加反应的甲和乙的分子个数比为2:7。故选D。 3.（2018山西）厉害了，我的国!我国航天技术迅猛发展，“天舟一号”与在轨运行的“天宫二号”空间实验室首次成功交会对接，有力推动了我国空间站建设的进程。空间站里的 O2源自电解水，所得H2与CO2反应生成H2O和CH4，该反应的微观示意图如下。依据图示，下列叙述错误的是( )
第四章 汽油机混合气形成和燃烧 汽油机与柴油机相比主要有如下特点: 汽油机 柴油机 1 点燃式。 压燃式。 2 τi 影响小。 τi 影响大。 3 进入汽缸的是混合气，混合时间长。 进入汽缸的是新鲜空气，混合时间短。 4 T max 高，热负荷大。 p max 高，机械负荷大。 5 压缩比低，ε = 6～10。 压缩比高，ε = 12～22。 6 有爆燃问题。 有工作粗暴问题。 7 组织气流运动的目的是为了 组织气流运动的目的是为了 加速火焰传播，防止爆燃。 促进燃油与空气更好地混合。 §4-1 汽油机混合气形成 一、混合气形成过程 1 喉口流速↑ → P ↓ → 雾化效果↑ 2 节气门开度↑ → 喉口真空度?p n ↑, 进气管真空度?p i ↓ → 从 ??p p n i <到??p p n i > 3. 节气门开度一定, n ↑ →
?p n ↑, ?p i ↑ 4. 节气门开度↓，n ↑ → ?p n ↑ → 蒸发性↑ 进气温度↑ → 蒸发性↑ 二、理想化油器特性与供油系校正 （一） 理想化油器特性 各种工况下满足最佳性能要求的理想混合比 — 试验结果。 1 影响因素 （1） 转速n — 影响较小。 （2） 负荷 — 影响大。 2 空燃比A F /=空气质量 燃料质量 经济混合气 A / F = 17 功率混合气 A / F = 12～14 怠速混合气 A / F = 10～12.4 （1） 常用工况 — 中等负荷要求提供经济混合气。 （2） 负荷 > 90% 以及怠速, 低速下 — 加浓。 （二） 简单化油器特性 单纯依靠喉口真空度? p n 决定供油量的化油器。 节气门开度变化 → A/F 变化 ?p n ↑ → A/F ↓ — 混合气浓 与理想化油器有差异, 不能满足 汽油机要求。 （三） 主供油系校正