材料热工基础 燃烧

第三节燃烧过程基本理论一、燃烧过程概述燃料的种类很多，由状态来分，有固体、液体及气体燃料三种。

它们的化学组成也各不相同，但从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成；一种是可燃气体如H2、CO及C m H n等，另一种是固态炭。

例如：气体燃料的燃烧，亦即可燃气体的燃烧；液体燃料燃烧时，由于加热后气化形成气态烃类以后在高温缺氧时，有一部分烃类裂解生成固态炭粒及较小分子量的烃类或氢，因此液体燃料的燃烧，可以看作是可燃气体及固态炭的燃烧。

固体燃料在受热时，挥发分逸出，剩下的可燃物为固态炭，因此固体燃料的燃烧实质上也是可燃气体及固态炭的燃烧，所以研究燃料的燃烧过程，可以从分别研究两种基本燃料组成的燃烧过程着手。

燃烧，是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。

燃烧有两种类型，一种是普通的燃烧，亦即正常的燃烧现象，靠燃烧层的热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。

正常燃烧的火焰传播速度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小、一般可视为等压过程。

另一种是爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为l000～4000米／秒。

通常是在高压、高温下进行。

一般窑炉中燃料的燃烧属于普通的(正常的)燃烧。

燃烧的条件除要有燃料及空气存在外，尚需达到燃烧所需的最低温度～着火温度。

二、可燃气体反应机理连锁反应：CO 、H 2、CH 4。

三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气－固相)反应的物理—化学过程。

氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO 及CO 2气体再从表面扩散出来。

一部分学者认为氧气扩散至碳表面时，并不立即产生化学反应，而是被碳吸附生成结构不确定的吸附络合物C X O Y ，当温度升高时， 或在新的氧分子的冲击下可分解放出CO 及CO 2，其过程是：y x O C yO xC =+221}yx y x O C O O C 2+ 2nCO mCO +=生成的CO 与CO 2的比例(即m 、n 的数值)与温度有关。

第二部分：热工计算(4-6章)第一次课课题： 4. 燃料及燃烧计算§4.1燃料的通性一、本课的基本要求：1.掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。

2.燃料发热量的计算。

3.标准燃料的概念。

二、本课的重点、难点：1. 重点：燃料的化学组成。

2. 难点:：燃料成分之间的相互转换。

三、作业：第4章燃料及燃烧计算1.燃料的定义：凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为燃料。

. 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的在经济上是合理的。

2.对燃料的要求：(1)在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用。

(2)燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中，而且可以在放热地点以外利用生成物中所含的热量。

(3)燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用，无毒、无腐蚀作用。

(4)燃烧过程易于控制。

(5)有足够多的蕴藏量，便于开采。

§4.1 燃料的通性一、燃料的化学组成1.固(液)体燃料的化学组成(1)固(液)体燃料的基本组成固液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分)，其中C、H、S 能燃烧放热构成可燃成分，但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。

所以视硫为有害成分；氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的存在不仅相对降低了可燃成分含量，而且水分在蒸发时要吸收大量的热，所以视水为有害物质；灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶结成块，阻碍通讯，造成燃料浪费和增加排灰的困难。

(2)固(液)体燃料的成分分析固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。

元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。

只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。

一、实验目的1. 理解热工基础实验原理和方法；2. 掌握热工仪表的使用方法；3. 熟悉实验数据的采集和处理；4. 提高实验操作技能和实验报告撰写能力。

二、实验原理热工基础实验主要包括流体力学、燃料燃烧、传热学、热工测量等方面的实验。

本实验选取了流体力学中的伯努利方程实验和燃料燃烧实验。

1. 伯努利方程实验：伯努利方程描述了流体在流动过程中，速度、压力和高度之间的关系。

通过实验验证伯努利方程的正确性。

2. 燃料燃烧实验：研究燃料在燃烧过程中的燃烧特性，包括燃烧速率、燃烧温度、燃烧产物等。

三、实验仪器与设备1. 伯努利方程实验：流体力学实验台、测压管、秒表、水银柱压力计等。

2. 燃料燃烧实验：燃烧器、热电偶、温度计、流量计、气体分析仪等。

四、实验步骤1. 伯努利方程实验：（1）搭建实验装置，确保实验台稳定。

（2）调整实验装置，使流体流速稳定。

（3）使用测压管测量流体在不同位置的压力，记录数据。

（4）计算流体流速，验证伯努利方程。

2. 燃料燃烧实验：（1）将燃料置于燃烧器中，点燃。

（2）使用热电偶和温度计测量燃烧温度，记录数据。

（3）使用流量计测量燃料流量，记录数据。

（4）使用气体分析仪分析燃烧产物，记录数据。

五、实验数据与处理1. 伯努利方程实验：（1）将测得的压力数据代入伯努利方程，计算理论流速。

（2）将理论流速与实验流速进行比较，分析误差。

2. 燃料燃烧实验：（1）计算燃烧速率，分析燃烧特性。

（2）分析燃烧温度、燃烧产物等数据，评估燃烧效果。

六、实验结果与分析1. 伯努利方程实验：实验结果显示，理论流速与实验流速基本一致，验证了伯努利方程的正确性。

2. 燃料燃烧实验：实验结果显示，燃烧速率与燃料流量呈正比关系。

燃烧温度和燃烧产物与燃料种类和燃烧条件有关。

七、实验总结本次实验使我们对热工基础实验原理和方法有了更深入的了解，掌握了热工仪表的使用方法，提高了实验操作技能和实验报告撰写能力。

同时，通过实验数据的采集和处理，我们学会了如何分析实验结果，为今后的学习和工作打下了基础。

1、燃料的高位热值与低位热值的区别是什么?2、空气消耗系数的概念是什么，其值大小对燃烧过程有何影响?3、什么是理论燃烧温度，如何计算?4、影响燃烧温度的因素有哪些，如何提高燃烧温度？5、简述氢气的燃烧机理。

1、对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。

答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度饱和湿空气：干球温度>湿球温度＝露点温度2、在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。

3、同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。

4、若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由11662.0-=sPPdϕ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。

5、早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。

6、、表明湿空气特征的参数有哪些，如何根据这些参数之间关系制作I-X图，I-X图应用有什么条件？7、、已知空气干球温度为30℃，湿球温度为25℃，试用I-X图求该空气的湿含量、热含量、相对湿度、露点温度及水蒸气分压。

三、计算题：1、文丘里流量计，进口直径d1=100mm，温度t1=20℃，压强p1=420kPa，喉管直径d2=50mm，压强p2=350kPa，已知当地大气压pa=101.3kPa，求通过空气的质量流量。

空气k=1.4，R=287J/kg·K，T—热力学温标（K）p—绝对压强解：喷管——等熵过程X解题思路：状态（过程）方程、连续性方程、能量方程 绝热过程方程： 状态方程： 连续性方程： 能量方程： 解得：2、 容器中的压缩气体经过一收缩喷嘴射出，出口绝对压力p=100kPa ，t =-30℃，v =250m/s ，求容器中压强和温度。

热工基础教案13热工基础教案13一、教材内容分析本节课主要介绍燃烧及燃烧理论的基本概念和原理。

首先介绍了燃烧的定义和基本特征，包括产生热、光、声和气体等现象，并指出了燃烧的必要条件。

然后，介绍了燃烧反应的化学方程式，并讨论了理论燃烧温度和实际燃烧温度的关系。

接着，介绍了燃烧热的概念和计算方法，并讲解了理论燃烧热和实际燃烧热的不同。

最后，介绍了燃烧过程中产生的废气的组成和排放。

二、教学目标1.理解燃烧的定义和基本特征。

2.掌握燃烧反应的化学方程式。

3.理解燃烧温度的概念和计算方法。

4.理解燃烧热的概念和计算方法。

5.了解燃烧过程中产生的废气的组成和排放。

三、教学重点1.理解燃烧的定义和基本特征。

2.掌握燃烧反应的化学方程式。

3.理解燃烧温度的概念和计算方法。

四、教学难点燃烧热的概念和计算方法。

五、教学方法1.讲授相结合的方法。

2.鼓励学生思考和讨论。

六、教学过程1.热身导入：通过回顾上节课的内容，引导学生了解燃烧的性质和应用。

2.介绍燃烧的定义和基本特征，并要求学生列举一些常见物质的燃烧现象。

3.介绍燃烧反应的化学方程式，并通过实例演示如何写出燃烧反应的方程式。

4.讲解燃烧温度的概念和计算方法，并通过实例演示如何计算燃烧温度。

5.讲解燃烧热的概念和计算方法，引导学生思考为什么实际燃烧热比理论燃烧热小。

6.介绍燃烧过程中产生的废气的组成和排放，并通过实例演示如何计算废气的组成。

7.小结本节课的内容，并与学生讨论燃烧及燃烧理论的应用。

七、教学总结本节课主要介绍了燃烧及燃烧理论的基本概念和原理。

通过讲解燃烧的定义和基本特征，学生了解了燃烧的基本性质；通过介绍燃烧反应的化学方程式，学生掌握了燃烧反应的表达方式；通过讲解燃烧温度的概念和计算方法，学生理解了燃烧温度的影响因素；通过讲解燃烧热的概念和计算方法，学生了解了理论燃烧热和实际燃烧热的差异；通过介绍燃烧过程中产生的废气的组成和排放，学生了解了燃烧的环境污染问题。

20XX年复习资料大学复习资料专业：班级：科目老师：日期：无机热工一、名词解释1. 窑内气氛在工业窑炉内，煅烧物料或制品时，不仅有物理过程，还有化学反应。

在窑内，除了原料之间的反应外，物料与周围介质之间也有反应。

如果介质为气体，该气体所具有的性质。

2. 对流传热流体各部分之间发生相对移动时所引起的热量传递过程。

3. 辐射干燥利用辐射元件表面所产生的热能，以辐射方式向物料传热，使其水分蒸发而干燥。

4. 导热热量从物体中温度较高的部分传递到温度低的过程。

5. 短焰燃烧煤气和一部分空气在烧嘴中预先混合，至燃烧空间后进一步与空气混合并燃烧。

6. 陶瓷烧结高温条件下，胚体表面积减少，空隙率降低、机械性能提高的致密化过程。

7. 自然干燥将湿物料堆放在棚屋或室外晒场上，借风吹日晒的自然条件使其干燥。

8. 空气消耗系数实际供给的助燃空气量（Va）与理论空气量的比值。

9. 相对湿度在同温度、同总压下，湿空气的绝对湿度与饱和湿度之比。

20XXXX. 旋风效应旋流型分解炉及预热器内气流作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。

20XXXX. 局部损失流体运动方向与流速突然变化，引起流体与管道壁的直接撞击增加及流体内部涡流的加剧，伴随产生的机械耗损。

20XXXX. 黑体投射到物体上的辐射能全被物体吸收的物体二、填空题1. 超临界流体干燥中常用的是二氧化碳流体。

它兼具液体和气体的性质，具有扩散性能好和溶解性强两大优点。

2. 空气的湿度主要表示方法有绝对湿度，相对湿度，湿含量。

3. 无机材料工业的燃料种类有固体燃料，液体燃料，气体燃料。

4. 湿物料中含水率的表示方法有绝对水分，相对水分。

5. 火焰池窑结构包括玻璃熔制，热源供给，余热回收，排烟四大部分。

三、简答题1. 请简述分解炉的旋风效应及其对料粉和煤粉分解的影响。

⑴旋风效应：旋流型分解炉及预热器内气流作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。

⑵对粉料的影响：延长物料在炉内停留时间，使气流与粉料间产生相对运动而使料粉滞留，炉内气流依靠附壁效应使料粉浓度增加而不落料现象，分解时间增加，达到预期分解效果。

第6章循环§6-2 活塞式内燃机循环2空气定比热气体动力循环中工作流体理想气体燃烧和排气过程吸热和放热过程燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计2、循环假设压缩过程理想化为定熵压缩过程；燃烧过程理想化为可逆定容+定压加热过程；膨胀过程理想化为定熵膨胀过程；排气过程理想化为可逆定容冷却过程。

开口系统简化为闭口系统（进排气功相等，相互抵消）1、空气标准假设二、活塞式内燃机循环的简化0✂1 吸气1✂2 压缩2✂3 喷油、燃烧3✂4 燃烧4✂5 膨胀作功5✂0 排气燃烧✂2-3等容吸热+3-4定压吸热排气✂5-1等容放热压缩、膨胀✂1-2及4-5等熵过程吸、排气线✂重合、忽略三、混合加热理想循环1. p-v 图及T-s 图1pv2345Ts0123451✂2 等熵压缩2✂3 定容吸热3✂4 定压吸热4✂5 等熵膨胀5✂1 定容放热2. 循环热效率=ηq w 1t net =++=++++--------w w w w w w w w w 123445net 1223344551⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭--⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪=-+-+-⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎛⎫⎡⎤⎡⎤--κκκκκκp p T p v v T p p R R 1111141343425g g 11)(--=+=-+-V p q q q c T T c T T 123343243)()(1p v23452. 循环热效率=ηq w 1t net ==-w q q q net net 12--=+=-+-V p q q q c T T c T T 123343243)()(-==-V q q c T T 25151)(η=-=--+-q q T T T T k T T t 2151324311-()本小节完。