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【燃烧学-中科大】第4章 燃烧物理基础14

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4燃烧的化学和物理基础

4燃烧的化学和物理基础

氧原子和双原子氧分子的生成焓随温度的变化
22
第4章 燃烧的化学和物理基础
1.3.3 燃烧焓和热值
化学反应过程中，系统在反应前后其化学组分发 生变化，同时伴随着系统内能量分配的变化。后者表 现为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从 环境吸收，称反应焓（反应热）。 对燃烧过程，就称 为燃烧焓，即
(h
0 f ,O2 298
)
0
21
第4章 燃烧的化学和物理基础
在298.15K，氧分子的生 成焓为0，即 hO2 0 在298.15K，氧原子的绝对 焓等于生成焓（标态）
氧原子 绝对焓 （kJ/kmol）
氧分子
在4000K，氧原子的绝对焓 （4000K时）等于生成焓 （标态）+显焓，即 hO (4000) (h f0,O ) 298 hs ,O (4000)
26
第4章 燃烧的化学和物理基础
一般地，燃烧室的温度要低于理论绝热燃烧温度。
27
第4章 燃烧的化学和物理基础
绝热燃烧温度有两种定义： 一是定压燃烧下的（适用于燃气轮机或锅炉） 一是定容燃烧下的（适用于理想奥托循环） 一个稳态的燃烧过程的绝热燃烧温度Tmax可以用 Hprod = Hreact 来进行计算，即

例如：碳氢化合物在空气中燃烧的理想产物是 CO2，H2O，O2，和 N2。但如果离解就会产生以 下物质：H2，OH，CO，H，O，N，NO， 还可 能有其他的许多。 如何计算平衡组分?

29
第4章 燃烧的化学和物理基础
化学平衡的概念来自热力学第二定律。 热力学第二定律的定义：
① 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响 （1850 年，德国物理学家克劳修斯）； ② 不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生 其他影响（1851 年，英国物理学家开尔文） ； ③ 克劳修斯提出了熵的概念，热力学第二定律又可以表述为： 在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大， 此即熵增原理。

燃烧学—第4章3

燃烧学—第4章3
20
爆轰极限（体积％）
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
《燃烧学》--第四章
燃料空气弹
据报载，美国在对阿富汗的军事行动中使用了一种称为燃料空气 弹(fuel air explosive projectile，FAE)的新式武器，当被投掷或发 射到目标上空时，液体燃料连同雷管、定时器一起撒到地面，燃 料很快汽化成雾状，散布在空气中，经过预定的延迟时间，由雷 管引爆，产生威力强大的爆炸。燃料空气弹内装的炸药是容易汽 化的液态碳氢化合物，如环氧乙烷、环氧丙烷、甲基乙炔和丙二 烯等，本身不含氧或只含很少的氧，必须与空气混合才会爆炸。 由于它爆炸时几乎把附近空气中的氧消耗殆尽，在这个范围的人 即便不被炸死，也会因缺氧而窒息死，所以燃料空气弹又称窒息 弹。燃料空气弹爆炸时会产生2500℃左右的高温火球，并形成强 大的冲击波和热气浪，炸点附近的冲击波传播速度可达2200m/s， 超压达5~20MPa)。燃料空气弹的破坏威力较大，可使暴露的士 兵失去作战能力，使电子设备受到破坏，可大面积杀伤人员和摧 毁无防护的武器，如地面的和躲在普通工事或民房内的人员，停 机坪上的飞机，暴露的导弹、雷达和电台天线等。
dx V激 dt
2-2’ 截面间的距离为 质量守恒
2
2′
1
dx气＝Vdt
2
2′
1
1 Adx 2 Adx dx气
V激＝
dx气
2 2 1V源自dx中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
12
1-2截面间气体的动量变化： 在激波通过前，气体的速度为0； 激波通过后，气体的速度由0增加到ΔV，所以1-2截面间在dt时间内的动 量变化为ρ1AdxΔV。 作用于这部分气体上的冲量为（p2-p1）Adt。 动量守恒定律

燃烧理论基础ppt课件

燃烧理论基础ppt课件
微波燃烧
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。

《燃烧基础知识》课件

《燃烧基础知识》课件
持燃烧。
燃烧的效率
燃烧效率的定义
燃烧效率是指燃烧过程中有效能量与总能量之比，通常以百分比表 示。
影响因素
燃烧效率受到多种因素的影响，包括燃料类型、燃烧条件、空气供 应和燃烧设备的设计等。
提高燃烧效率的方法
通过优化燃料和空气的混合比例、改善燃烧设备的热工况、采用催化 燃烧等技术可以提高燃烧效率，降低能源浪费和污染物排放。
燃烧的安全措施
控制可燃物浓度
01
在工业生产中，控制可燃物的浓度在安全范围内，避免达到爆
炸极限。
通风与排气
02
保持工作场所的通风良好，及时排除可燃气体和粉尘，防止浓
度积累。
防火分隔与消防设施
03
设置防火分隔，配备消防设施，如灭火器、消防栓等，并定期
检查其有效性。
燃烧的安全事故处理
紧急疏散
一旦发生燃烧事故，应立 即启动紧急疏散程序，迅 速撤离现场人员至安全区 域。
燃烧反应缓慢，通常不会发出可见火焰， 而是以热辐射形式释放出热量的现象。
燃烧的过程
引燃阶段
在引燃阶段，可燃物质与点火源 接触并开始燃烧。此阶段需要足 够的点火能量和可燃物质的存在
。
燃烧阶段
在燃烧阶段，燃料与氧气发生化学 反应，释放出大量的热量和气体。 此阶段是燃烧过程中的主要阶段。
熄灭阶段
在熄灭阶段，燃料被完全消耗或氧 气耗尽，燃烧反应停止。此阶段释 放的热量和气体逐渐减少。
燃烧的物理特性
要点一
总结词
燃烧的物理特性包括火焰的形成和传播、热辐射和燃烧产 物的状态变化。
要点二
详细描述
在燃烧过程中，可燃物与氧化剂反应产生火焰。火焰的形 成和传播与可燃物的物理性质、反应条件和环境因素有关 。火焰可以呈现不同的颜色和形状，并具有特定的温度和 发光特性。此外，燃烧过程中产生的热辐射可以传递热量 ，影响周围物质的状态变化。最后，燃烧产物可以是气态 、液态或固态，取决于可燃物的组成和反应条件。

燃烧学 第四章 燃烧物理学基础

燃烧学 第四章 燃烧物理学基础

g CD
p a a
2 dp
二、粒径
• 粒径表示每个固体颗粒大小的程度，是判断颗粒
粗细程度的一个指标。
– 如果颗粒是球形或接近于球形，那么可以取其直径作 为粒径。
– 若颗粒的大小和形状不同，要对颗粒进行准确测定并 将其表示出来几乎不可能的。
粒径的测量方法
• 直接测定的当量直径 （显微镜直径） • 间接测定的有效直径（沉降颗粒直径）
f——某截面上某点处介质射流浓度
四、旋转射流
• 旋转射流有三个方向分速度
– 轴向速度 – 切向速度 – 径向速度（通常较小，可忽略）
• 切向速度大，在射流中心区形成反流区
（逆流区或回流区）称为强旋流
• 切向速度小，未在中心形成反流区，称为
弱旋流
四、旋转射流
• 旋转射流特点
– 强旋流的回流区可提供点火热源，实现稳定燃烧 – 扩散角大，初期混合强烈，射程短，后期混合弱，
• 在考虑两种组分以上的多组分混合物的扩散问题时，常常
把考虑的组分当作一种组分，而把组分以外的所有组分作 为另一种组分，这样近似地处理为双组分扩散问题，那么
扩散方程可以写为：
uuv Js
Ds
s
y
二、扩散定律
• 假定把混合物看作理想气体，还可以把扩散方程表示成分
压力梯度或质量百分数的形式，即：
v J
射流中心有负压区
回流区
轴向速度分布
切向速度分布
一、颗粒的悬浮速度
• 颗粒的沉降速度和悬浮速度
FD
FD W FB
FB
FD
CD
4
d
2 p
1 2
aug2
W
FB
d

《燃烧学》课件资料

《燃烧学》课件资料

典型预混合燃烧装置
预混合气燃烧过程
在充满预混合气的燃烧设备内，通常是在某一局部 区域首先着火，接着在着火区形成一层相当薄的高温燃烧 区，称为燃烧区或火焰面。依靠火焰面的热量使邻近的预 混合气引燃，逐渐把燃烧扩展到整个混合气范围。这层高 温燃烧区如同一个分界面，把燃烧完的已燃气体(燃烧产 物)和尚未进行燃烧的未燃混合气分隔开来。在它的前方 是未燃的混合气，而在它的后方是已燃的燃烧产物。随时 间推移，火焰面在预混合气中不断向前扩展，呈现火焰传 播(flame propagating)的现象。
两种反应物初始物理状态
均相火焰 多相火焰（异相火焰 ）
4.1 层流火焰传播 (laminar flame）
预混可燃气体与流速不高（层流状态） 的火焰传播称为层流火焰传播。
一、层流火焰结构与传播机理
层流火焰图
层流火焰前沿浓度和温度变化
火焰结构特点
火焰前沿厚度很薄，一般不超过1mm，只有十分之几 毫米甚至百分之几毫米厚。
U—未燃混合气局部流速
静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析
us——混合气流速 up——火焰面的移动速度 u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度
u0

up
us

u p u p
us us
Sl＝u0
(u p、us反方向） (u p、us同方向）
对固定火焰，火焰面静止不动，即up=0，则Sl = u0 = us


dT dx


WQ
u

dCi dx

d dx

D
dCi dx

W
pM eq
RT
（4-11） （4-12） （4-13） （4-14）

燃烧学第4章：气体燃料燃烧

燃烧学第4章：气体燃料燃烧
前锋静止不动，v0即为火焰前锋的正常传播速度vL
vL
ws 0Q
T0 n
2n !
E 1 1
(
)
exp[

( )]
n 1
B 0c p (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
w0
ws 0
(Tr T0 )
0c pQ
E
w0 k c exp(
)
RT0
n
0 0
n
0
共一百四十六页
总和是个常数，都等于可燃混合物的初始总能量
Q(c0 c)
c pT Qc c pT0 Qc0
T T0
cp
Qc
当T=Tr时，c=0
Tr T0 0
cp
T T0 c0 c

Tr T0
c0
Tr T0 T Tr c0 c

Tr T0
c0
T Tr c
第四章
气体燃料燃烧
(ránshāo)
3.1 火焰传播
3.2 正常火焰传播速度
3.3 扩散(kuòsàn)火焰与预混火焰
3.4 火焰稳定的原理和方法
3.5 湍流燃烧火焰特点
共一百四十六页
1
第一节火焰
(huǒyàn)
传播
概述(ɡài shù)
1. 气体燃料的燃烧过程的三个阶段

燃料与空气的混合阶段

可燃混合气的加热与着火阶段
层流火焰

1 ，内锥为蓝色预混焰
锥，外锥为紫红色燃烧产物火焰

，内锥为蓝色预混火焰，
1
外锥变为黄色扩散火焰
共一百四十六页
共一百四十六页

燃烧学

燃烧学

第一讲重点：燃烧条件、及燃烧空气量的计算。

绪论燃烧学是研究燃烧的发生、发展和熄灭过程的学科。

一．燃烧学的研究内容燃烧的本质；着火机理、熄火机理；气、液、固体可燃物燃烧特性；燃烧技术（工程燃烧学）；防灭火技术（消防燃烧学）。

二．燃烧学学习的目的和意义2.1 火的作用火被人类掌握和使用以后，为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。

2.2火的危害火一旦失去控制，造成对国民经济的损失，同时，火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏。

火灾还对社会带来不安定因素。

火灾指的是在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象，包括森林、建筑、油类等火灾以及可燃气和粉尘爆炸。

火灾发生的必要条件：可燃物、空气和火源同时存在。

按火灾损失严重程度可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾三类。

下面是几个典型火灾案例。

1998年1月3日，吉林省通化市东珠宾馆发生火灾。

1999年10月30日，韩国仁川市一幢4层楼的地下卡拉OK厅发生火灾，有57人被烧死，71人被烧伤。

2000年12月25日，洛阳东都商厦火灾。

2002年6月16日，位于海淀区学院路20号的“蓝极速”网吧发生火灾。

火灾烟气的组成：（1）气相燃烧产物；（2）未完全燃烧的液固相分解物和冷凝物微小颗粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空气。

火灾烟气中含有众多的有毒有害成分、腐蚀性成分和颗粒物等，加之火灾环境高温、缺氧，导致火灾中很多人因烟气窒息和中毒而死亡。

2.3目的和意义学习研究各种可燃物的着火条件――――防火学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火，减少损失学习研究燃烧烟气特性――――防排烟，减少人员伤亡三、火灾防治措施火灾防治措施有：建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调动社会各界力量投入防灭火。

四、燃烧学的研究对象和方法4．1燃烧学的研究对象燃烧学的主要研究方面：1、燃烧理论的研究。

2、燃烧技术的研究。

燃烧学 第四章 燃烧物理学基础-PPT精品文档

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四、扩散方程
• 对于定常情况
fs fs fs u x y z
f f f s s s D D D s s s s x x y y z z
其中：
T q fsV h s s y s
h h T s os , ps ,d C
0
T
包括显焓和生成焓（即化学焓）两部分
三、三个重要的无量纲数
普朗特数 斯密特数 刘易斯数
P r va / C p/
S c vD / / D
L eP r / S c D / a
fs D xyzt s y y
fs D xyz t s z z
四、扩散方程
• 在同一时间内，微元体内由于化学反应使得s组分的生成或
•
消耗为w， 同一时间内微元体内s组分的质量随时间的变化
fs xyzt t
四、扩散方程
f u f f f s s s s t x y z
f f f s s s D D D s s s s x x y y z z
二、扩散定律
• 在多组分混合物中，通过一个微元表面，各组分
扩散的物质流之和为零
s s s s s s
J g f g f g g 0
s s
V
s s
s
0
二、扩散定律
• 多组分气体的导热问题不同于单组分气体的导热定律所描
述的那样，它除了由于温度梯度所造成的热流之外，还应 当有扩散的物质流所携带的焓值。即对普通的傅立叶导热 定律应进行修正，而成为修正的傅立叶导热定律

燃烧学—第4章2

燃烧学—第4章2
爆炸的临界压力。若压力降至临界压力以下，系统便成为不爆炸
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
6
《燃烧学》--第四章
图4-21 不同压力下甲烷爆炸极限 1．火焰向下传播，圆筒容器尺寸为 37×8cm；2．端部或中心点，球形 容器；3．火焰向下传播，圆筒容器
图4-22 不同压力下氢气爆炸极限 1．火焰向下传播，圆筒容器尺寸为 37×8cm；2．端部或中心点，球形 容器；3．火焰向下传播，圆筒容器
L下 Q＝常数
爆炸下限L下与可燃性气体的燃烧热Q近于成反比，可燃性气体燃烧热 越大，爆炸下限就越低。
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
4
《燃烧学》--第四章
➢ 4.4.2爆炸极限的影响因素
❖ （1）初始温度
✓ 爆炸性混合物的初始温度越高，则爆炸极限范围越大，即爆炸下 限降低而爆炸上限增高
图4-19 温度对甲烷爆炸极限的影响
N2+CO：27.3％낵..43％ ％＝1.96
CH4：0.77％。
问题：
从图4—25查得：
H2＋CO2组的爆炸极限为：6.0％～70％； CO＋N2组的爆炸极限为：40％～73％。
CH4的爆炸极限为：5％～15％
1m3该煤气和 19m3空气混合， 遇明火是否爆炸？
x1下＝
V1 V' 1
100
x
2下＝
V2 V' 2
100
x3下＝
V3 V' 3
100
… xi下＝
Vi V' i
100
V'1
＝
V1 x1下
100
V'
2
＝
V2 x 2下

4燃烧理论基础

4燃烧理论基础

1、热力学第二定律的现象 、 （1）热传导现象 热量自动地从低温物体传递 给高温物体的过程是不可能发生的。
热量 高温物体
（2）功变热 例：飞轮
低温物体
功
热
功
热
静止的飞轮由于轴承变冷而使飞轮重 新转动起来的现象是不可能发生的。
（3）自由膨胀
气体决不会自动收缩回容器的左边，而另一边变为真空 气体决不会自动收缩回容器的左边，
W 微观态数目
它揭示了熵这个宏观物理量的微观本质
二、燃烧过程能量转换的数量关系
所有的化学反应都伴随着能量的吸收或释放。 所有的化学反应都伴随着能量的吸收或释放。而能量通 常是以热量的形式出现。当反应体系在等温条件下进行某— 常是以热量的形式出现。当反应体系在等温条件下进行某 化学反应过程时，除膨胀功外，不作其它功， 化学反应过程时，除膨胀功外，不作其它功，此时体系吸收 或释放的热量，称为该反应的热效应 热焓） 热效应（ 或释放的热量，称为该反应的热效应（热焓）。
√ × ×
∆ 298 h0
=92.04 kJ／mol
生成焓一定是由稳定单质化合反应生成1mol物 生成焓一定是由稳定单质化合反应生成1mol物 质的热量。 质的热量。
燃烧焓计算 H2S(g)+1/2O2（g） → H20（l）+S↓，燃烧焓 ） （） ，燃烧焓∆H1；由 ； 于生成的S没有燃烧完全 没有燃烧完全， 于生成的 没有燃烧完全，所以这个反应放出的热量 ∆H1不能作为 2S的燃烧焓。 不能作为H 的燃烧焓 的燃烧焓。 不能作为 H2S(g)+3/2O2（g） → H20（l）+SO2（g）， ） （） ），∆H2；这 ； ）， 时水的状态为稳定的液态，而也生成稳定的氧化物SO 时水的状态为稳定的液态，而也生成稳定的氧化物 2， 所以这时的∆H2就是 2S的燃烧焓。 就是H 的燃烧焓 的燃烧焓。 所以这时的 就是 另外，对于水来说， 另外，对于水来说，1mol可燃物完全燃烧必须生成液 可燃物完全燃烧必须生成液 态水时放出的热量才能称为燃烧焓，气态水不可以。 态水时放出的热量才能称为燃烧焓，气态水不可以。

燃烧学

燃烧学

ν
Sc a 能量输运速率 Le = = = Pr D 质量 输运速率
分子输运定律表明: 分子输运定律表明:
– 动量扩散、热量扩散和质量扩散之间存在相似性 动量扩散、 – 事实表明，大多数气体的Pr、Sc、Le数都是在 1 附近 事实表明，大多数气体的Pr、Sc、Le数都是在 Pr – 在许多情况下，可以假设它们等于1，使问题简化 在许多情况下，可以假设它们等于1 假设它们等于
DAB 组分 A 在组分 B 中的扩散系数 ——
组分A 混合物密度, ρ—— 混合物密度, wA —— 组分A的质量分数 （
m / s ）；
2
二、傅里叶（Fourier）导热定律 傅里叶（ ）
式中： 式中：
q—— 单位时间、单位面积热流通量 单位时间、
T q = λ y
（
λ = D (或a)， T 或 a 为热扩散系数，所以当 因为 为热扩散系数， D 、 T ρCp ρ、Cp 等于常数时，傅里叶热导热定律可以表示为： 等于常数时 傅里叶热导热定律可以表示为： 数时， (ρcpT) q = D T y
Pr称为普朗特数（Prandt Number） 称为普朗特数（ 称为普朗特数 ）
v cp 动量输运速率 Pr = = = a λ 能量输运速率
Sc称为斯密特数（Schmidt Number） 称为斯密特数（ 称为斯密特数 ）
动量输运速率 Sc = = = D Dρ 质量输运速率
Le称为刘易斯数（Lewis Number） 称为刘易斯数（ 称为刘易斯数 ）
ρ
c H 2O = [ H 2O ]
由（a）、(b)式，可得 ）、(b) (b)式
注意： 注意：
pi = xi p
p pMr c= ,ρ = = RuT RuT

燃烧学 第四章 气体燃烧

燃烧学 第四章 气体燃烧

91第4章 可燃气体的燃烧4.1预混气中火焰的传播理论如果在静止的可燃混合气中某处发生了化学反应，则随着时间的进展，此反应将在混合气中传播，根据反应机理的不同，可划分为缓燃和爆震两种形式。

火焰正常传播是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。

从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。

这样传播形式的速度一般不大于1～3m/s 。

传播是稳定的，在一定的物理、化学条件下（例如温度、压力、浓度、混合比等），其传播速度是一个不变的常数。

而爆震波的传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应的，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。

这种形式的传播速度很高，常大于1000m/s ，这与正常火焰传播速度形成了明显的对照，其传播过程也是稳定的。

下面我们从化学流体力学的观点来进一步阐明这个问题。

为了研究其基本特点，我们考察一种最简单的情况，即一维定常流动的平面波，也即假定混合气的流动（或燃烧波的传播速度）是一维的稳定流动；忽略粘性力及体积力；并假设混合气为完全气体；其燃烧前后的定压比热容c p 为常数；其分子量也保持不变；反应区相对于管子的特征尺寸（如管径）是很小的；与管壁无摩擦、无热交换。

在分析过程中，我们不是分析燃烧波在静止可燃混合气中的传播，而是把燃烧波驻定下来，而可能混合气不断向燃烧波流来，则燃烧波相对于无穷远处可燃混合气的流速u ∞就是燃烧波的传播速度，如图4-1所示。

根据以上假设，其守恒方程如下： 连续方程：常数===∞∞m u u P P ρρ （4-1）其中下标“∞”表示燃烧波上游无穷远处的可燃混合气之参数。

下标“P ”表示燃烧波下游无穷远处的燃烧产物之参数。

动量方程：图4-1 燃烧过程示意图92 由于忽略了粘性力与体积力，因此动量方程为：22∞∞∞+=+u p u p P P P ρρ＝常数 （4-2）能量方程：由于忽略了粘性力、体积力以及无热交换，则能量方程简化为：2222∞∞+=+u h u h P P ＝常数 （4-3）状态方程：RT p ρ=或P P P P T R p ρ= ∞∞∞∞=T R p ρ状态的热量方程：对于不变化热容的热量方程为：()()⎪⎭⎪⎬⎫-=--=-*∞*∞∞**T T c h h T T c h h p P p P P （4-4）其中*h 是在参考温度*T 时的焓（包括化学焓）。

《燃烧学讲义》课件

《燃烧学讲义》课件

能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。

燃烧学的讲义第四章燃烧物理基础

燃烧学的讲义第四章燃烧物理基础

的量m及流体的温度T总是在一个平均值上下不断的脉
动。
2020/2/10
11
脉动
瞬时速度w或
者瞬时压力p
Vww或Vpp
速度时均值w 压力时均值p
V l b
• w ( p ) 是瞬时真实速度w（或者压力p）对时间的
积分中值：
即 w 1 2 wd
V 1
及 w'ww
p 1 2 pd 及 p' p p
流流动—湍流。
• 湍流的特征：流体质点的速度w大小、方向和压力p都 随时间τ不断地变化，有时流体微团还会绕其瞬时轴无
规则、且经常受扰动的有旋运动，所以在流体中明显 出现很多集中的漩涡，不断地产生—消灭—再产生— 再消灭。这种瞬息变化的现象称为脉动。
• 实验还发现湍流状态下，速度w、压力p、某组分物质
N A k CC A ,w C A , C A ,1 w / k C C A , 推 阻 动 力 力 速 率
• 与传热中的牛顿冷却公式形式相同。
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7
浓度边界层
• 在对流传质中，在界面上也象热边界层一样 会形成浓度边界层。扩散介质的浓度变化主 要发生在浓度边界层之内。
• 同理：第三项时均化后： y(wxwy)y(wx' w'y) • 第四项时均化后： z(wxwz)z(wx'wz' )
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时均化处理 :
• 重力项 • 压力项
1
V
2 1
gxd

gx
1 1 2 pd 1 p
V 1 x x
3
费克（Fick）第一定律
• 质量基准

【燃烧学-中科大】第4章 燃烧物理基础14

【燃烧学-中科大】第4章 燃烧物理基础14

iRT =Pimi
• Maxwell-Stefan形式：
Ji
i Dij
y
ln
Yi
Vi
Dij
y
ln Yi
• Vi=Ji / i----i组分相对于混合气的扩散速度
11
• 假定多组分气体处于流动状态
• 多组分气体相对于静止坐标，有一个宏观流动 速度v
• i组分相对于混合气有一个扩散速度Vi
• i组分相对于静止坐标也有一个流动速度vi
第 4 章 燃烧物理基础
• 学习燃烧物理基础，是因为:
• 燃烧过程中的气体是多组份的
• 伴有化学组分的生成与消失
• 放热过程中热量的生成与传递
• 火焰的传播和流动
• 本章的内容:
• 分子输运定律
• 有化学反应的二维边界层守恒方程
• 斯蒂芬流
• 泽尔多维奇转换
• 相分界面边界条件
2
•§4-1 分子输运基本定律
21
• 3. 广义雷诺（Reynolds）比拟
• 仍以上述二维平板边界层为例。
• 同样要求满足Le=1，DA=DB=D，cp=常数，马赫数M较小等条件
• 再引入无量纲量：
X~ Y~
X X0 X X0 Y Y0
Y Y0
• 则守恒方程可变为：
(u) (v) 0 x y
u
u x
v
u y
• 三者之间的关系为：
•
Vi=vi-v
• 混合气整体相对于静止坐标的物质流：
• q= v
• i组分相对于静止坐标的物质流是： 12
•
Vi = vi - v
• 对上式同乘以 i有
•
i Vi =Ji = qi –Yi q = i vi –Yi v
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•
= – g/ y
• 只不过在不同物理量的输运中:
• 、 、g所代表的具体物理意义不同罢了
i / y)
15
• 燃烧现象中，动量输运、质量输运、能量输运常常是同 时发生。因此，需要讨论各个输运系数之间的关系。
• 这些关系组成了下列一些无量纲数：
•
Pr称为普朗特数（Prandt
Number）
Pr
v a
• 近似地按双组份扩散问题处理
• 扩散方程可写为：
•
Ji = –Dij i / y
• 扩散系数Dij和各组份的成份及其浓度有关
10
• 对理想气体，扩散方程可以表示成压力Pi梯度或浓度Yi
梯度的形式:
Ji
Dij
mi RT
Pi y
Ji
Dij
Yi y
• 理想气体：
•
niRT=PiV
•
CiRT=Pi
•
•分子输运的基本定律是指：
•不考虑交叉输运现象时，分子输运过 程所遵循的定律，即：
•速度梯度引起的动量交换
•牛顿粘性定律
•温度梯度引起的热量交换
•傅立叶导热定律
3
• 1. 牛顿（Newton）粘性定律
u∞
• 如图，两无限宽\长的不可渗透平板
运动板
• 相距 \ 中间充满等温的流体B
y
B
• 下平板固定，上平板以定常速度u 运动 固定板
x
• 实验发现:
牛顿粘性定律
• 流体的速度由上平板处的u 变到下平板处的零
• 表明流速快的一层和流速慢的一层之间有剪切力
• 流速慢的一层对流速快的一层有阻力
• 单位面积上剪切力的大小和速度梯度 u/ y成正比
• 即：
u
y
4
• 牛顿粘性定律给出了剪切力与速度梯度间的关系
• 牛顿粘性定律，即：
• •
第 4 章 燃烧物理基础
• 学习燃烧物理基础，是因为:
• 燃烧过程中的气体是多组份的
• 伴有化学组分的生成与消失
• 放热过程中热量的生成与传递
• 火焰的传播和流动
• 本章的内容:
• 分子输运定律
• 有化学反应的二维边界层守恒方程
• 斯蒂芬流
• 泽尔多维奇转换
• 相分界面边界条件
2
•§4-1 分子输运基本定律
是单位面积上的剪是速度梯度（也称剪切速率）
• 负号表示动量传递与速度u 增加的方向相反
• 当 为常数时，牛顿粘性定律可写为：
• =v • 式中 是流体的密度 • v是运动粘性系数
u ν (u)
y
y
5
• 2. 傅立叶（Fourier）导热定律
分
• i组份的焓hi为：
• h0,i为（温度是T0时）i组份的生成焓
14
• 4. 输运系数及输运系数间的关系 • 牛顿粘性、傅立叶导热和费克扩散定律:
u ν (u)
•
q= –ay ( cpT )/y y
J = –D(
• 形式上完全一样， \a\D在量纲上也完全相同
• 常把它们写成一种通用形式：
c p
Sc
• Sc称为斯密特数（Schmidt Number） D D
Le a Sc
• Le称为刘易斯数（Lewis Number） D Pr
•
q = qi
• v = Yi vi
• 对Ji = qi –Yi q求和有:
•
Ji = qi – Yi q = q – q = 0
• 多组分混合气中，通过一个微元表面，各组分扩散物质流矢量 之和为0
• 但是:
Vi 0
13
• 多组份气体的导热问题(不象单组份气体)
• 除了包括由温度梯度造成的热流之外
CAW
y
B
x
CA∞ 图 费克扩散定律
• 而且CA > CAw。
• 由于浓度差存在，而产生扩散
• 横坐标代表A的浓度
• 这样在B中不同的层上，A的浓度不同
8
• 费克扩散定律
• 费克扩散定律: 单位时间、单位面积上流体A扩散造成的物质流 与在B中流体A的浓度梯度成正比
• 费克扩散定律可用下式表示，即：
iRT =Pimi
• Maxwell-Stefan形式：
Ji
i Dij
y
ln
Yi
Vi
Dij
y
ln Yi
• Vi=Ji / i----i组分相对于混合气的扩散速度
11
• 假定多组分气体处于流动状态
• 多组分气体相对于静止坐标，有一个宏观流动 速度v
• i组分相对于混合气有一个扩散速度Vi
• i组分相对于静止坐标也有一个流动速度vi
• q 是单位时间单位面积上的热流量
• 是导热系数
• T/ y 是温度梯度
• 负号表示热流方向与温度增加的方向相反
• 当 、cp为常数时，傅立叶导热定律又可写为：
• q= –a ( cpT) / y
• a = / cp
• a称为热扩散系数
• 为密度
7
• 3. 费克（Fick）扩散定律
• 相距为 的两个多孔的平行平板 • 之间充满一种静止的等温流体B • 另一种与B温度相同的流体A • 从一边渗入（渗入浓度为CA ） • 从另一渗出（渗出浓度为CAw）
•
JA= –DAB A / y
• JA表示单位时间内，单位面积上流体A扩散造成的物质流量
• DAB是A在B中的扩散系数
• A/ y是浓度梯度
• 负号表示扩散物质流的方向与浓度增加的方向相反
9
• 考虑两种以上组份的多组份混合物扩散问题时
• 常把第i种组份考虑为第一种组份
• 把第i种组份以外的所有组份作为另一组份j
• 三者之间的关系为：
•
Vi=vi-v
• 混合气整体相对于静止坐标的物质流：
• q= v
• i组分相对于静止坐标的物质流是： 12
•
Vi = vi - v
• 对上式同乘以 i有
•
i Vi =Ji = qi –Yi q = i vi –Yi v
• Yi v为混合气整体所携带的i 组分的物质流
• 混合气整体相对于静止坐标的物质流q 等于各组分相对于静止坐 标的物质流之和
• 还应当有扩散的物质流所携带的焓值
• 可对普通的傅立叶导热定律进行修正，使它适用于多组 份气体的导热问题
• 修正的傅立叶导热定律可以写成：q T YiVihi
i
• Vi为i组分相对于混合气整体的扩散速度
• hi为i组份的焓，它包括显hi焓 h和0,i 生 TT成0 cp,焓idT（即化学焓）两部
T∞
热板
• 相距 的两个平行平板
y
x 冷板
• 之间充满一种静止流体
TW 图 傅立叶导热定律
• 上板温度为T ，下板温度为TW，且T ＞TW
• 沿y方向上各层之间的温度不同
• 由于温差，各层之间产生了热量交换。
• 热量将从温度高的一层流向温度低的一层。
• 单位时间内，单位面积上的热流量与温度梯度 6
• q= – T/ y