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燃烧理论基础-燃烧热力学共153页

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燃烧理论基础-燃烧热力学

燃烧理论基础-燃烧热力学

u=u(T,v)
h=h(T,P)
微分方程
du=
( u T
)v dT
(u v
)T
dv
dh=
h
h
( T
)P dT
( P
)T
dP

9
定容比热Constant-volume specific heats
du
( u T
)v
dT
热力学定义：du/dT=cv
(
u v
)T
d
v
cv
(
u T
)v
dh
(
h T
)P
dT
(
h P
燃烧学导论：概念与应用
主要围绕燃烧物理及相关的概 念，燃烧化学内容偏少。
CK Law，Combustion Physics Irvin Glassman，Combustion James House, Principle of Chemical Kinetics
第2讲 燃烧热力学
问题1：燃烧第一直接目的是获得什么？ 锅炉、发动机、煤气灶、热气球。。。
(A
/
F
) stoic
4.76(2.24) 28.85 1 8 .2 8 6
1 6 .8 2 ,
则从上述方程有
(A /F ) ( A / F ) sto ic 1 6 .8 2 5 8 .8
0 .2 8 6
46
由于 (A/F) 是空气流率与燃料流率之比，
m ma ir 1 5 .9 k g / s 0 .2 7 0 k g / s
温度升高有更多的转动和 振动模式变得活跃：温度 越高，分子平动速度越快， 分子碰撞频率越高，有更 多的动能转变为分子转动 能和振动能。

燃烧理论基础

燃烧理论基础
只需较少旳活化能
三、链式反应旳分类
新旳活化中心旳数目等于或不小于原有旳活化中心旳数目
链式反应分为
不分支反应 分支反应
四、氢气与空气旳反应——分支链式
爆炸反应
2H 2 O2 2H 2 0
反 H原应子开为始活化中心，H 2M为M任何2活H化分M子
中间反应
H O2 0H O （慢）
O H 2 H OH
第一节、燃烧反应速度及其影响原因
燃烧反应和化学反应一样，根据参加反应旳物质不同分为：
均相燃烧—气体燃料在空气中燃烧 异相燃烧—固体燃料在空气中燃烧，煤粉燃烧
一、反应速度旳定义
根据质量作用定律，反应速度有不同旳定义方式：
第一种定义：单位时间内和单位体积内燃烧掉旳燃料量或 消耗旳氧量
aA bB gG hH
kzC0
ks
k
ks k
ks k
不同反应区域分析 —动力与扩散燃烧理论
（1）动力区（化学动力控制区）
温度较低：碳表面化学反应速度远不大于氧气向 表面旳扩散速度，氧气供给充分，足够反应所需。 燃烧速度取决于化学反应速度，反应处于动力区。
K很小（温度很低），1/k很大，所以
1 1
k ks
w kC0
对于异相反应－煤粉与空气混合物
w kf ACBn
f A —单位容积可燃混合物内煤粉的表面积； CB —氧气的浓度。
二、影响化学反应速度旳主要原因
1，浓度 从前面反应速度旳定义式，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，反应才干发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞旳几率越大。
第二种定义：
在一定旳温度下，化学反应速度和各反应物旳浓度成正比 1867年由Guldberg和Wage提出 对均相反应：

燃烧理论基础ppt课件

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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。

燃烧理论基础第一章..

燃烧理论基础第一章..

（一）化学反应过程能量转换的数量关系
3. 燃烧焓 Δhc0 定义：单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温—定容或定温—定压条件下， 燃烧反应时的反应焓之值（kJ/kg）。 • 燃烧焓是反应焓的一种特例（习惯用负值）。 • 与燃料的热值数值相当。 • 燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的气化潜热。 (QP)L= (QP)L-WLW (kJ/kg) • 工程上，对固体、液体燃料的热值习惯上用kJ/kg，对气体燃料的热值 习惯上用kJ/m3 LW－单位质量水蒸气的蒸发潜热2445.1kJ/kg。 W －冷凝水称重后之质量（kg）。
2. 化学平衡与自由焓 因H、T、s为状态常数，故H -Ts也为状态参数。定义为自由焓，也称 Gibbs函数，记做g。 于是为定温—定压反应时，其有用功可表示为： 即有用功等于或小于反应自由焓的减少。 当定温—定压反应过程为可逆过程时，系统将作出最大有用功。
1. 化学平衡与平衡常数 定义kp为以分压定义的反应平衡常数。 由道尔顿分压定律， 可得：
定义kx为以体积百分比定义的平衡常数。 由平衡常数定义可得，平衡常数越大，反应进行得越彻底。实际kc 或kp 为有限值，即系统中组分的[A][B][C][D]存在。
（二）化学反应过程
1. 化学平衡与平衡常数 • 实际过程中为有限反应，且正向反应速度一般比逆向反应速度快得多。 可用反应度λ表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度。
中文名称：焓 英文名称：enthalpy
• 定义1：热力学中表示物质系统能量的一个状态函 数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加 上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化 是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。 • 定义2：工质的热力状态参数之一，表示工质所含 的全部热能，等于该工质的内能加上其体积与绝 对压力的乘积。 – 焓是一个热力学系统中的能量参数。规定由字 母H（单位：焦耳，J）表示，H来自于英语 Heat Capacity（热容）一词。

燃烧理论基础-燃烧热力学

燃烧理论基础-燃烧热力学
C x H y a (O 2 3 .7 6 N 2 ) x C O 2 ( y / 2 ) H 2O 3 .7 6 a N 2 a = x + y/4
• 3.76=79（N2）/21( O2)
37
反应物和产物混合物
重要概念：
• 化学当量空燃比（理论空燃比）：化学当 量燃烧时空气与燃料的质量比。
温度升高有更多的转动和 振动模式变得活跃：温度 越高，分子平动速度越快， 分子碰撞频率越高，有更 多的动能转变为分子转动 能和振动能。
比热的温度特性
15
比热（热容）
比热随温度变化使状态参数计算更复杂
T
u(T ) uref cv (T )dT
Tref T
h(T ) href cp (T )dT
问题2
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的产物是怎样的？
• 如果将空气量减少到10kg，产物会不一 样吗？
产物的分子结构由化学过程决定；产物中各 种组分的比例由热力学过程决定。
3
问题3
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的温度如何？
• 如果将空气量减少到10kg,最终的温度如 何？
40
过量空气百分比
% excess (1- ) 100%
41
例 2.1
一个小型的低污染排放的固定燃气轮机， 在满负荷下运行(3950kW)，此时的当量 比为0.286（贫燃），空气流量为 15.9kg/s。 当量的燃料（天然气）成分是 C1.16H4.32. 请求出燃料的流率及这台燃气 轮机的运行空燃比。
温度是重要燃烧参数，通过温度知道后续热力 过程、传热过程的品质。
4
主要内容
• 状态参数 • 热力学第一定律 • 反应物与产物的组成 • 绝对（标准）焓与形成焓 • 燃烧焓与热值 • 绝热燃烧温度 • 化学平衡 • 燃烧的平衡产物

1-燃烧热力学基础


T>2200K，p＝1atm或T>2500K，p＝20atm：
CO2和H2O分别离解
CO、H2 、OH和O
T>2400K，p＝1atm或T>2800K，p＝20atm：
O2 、 H2和H2O分别离解
H和O
T>3000K，p＝1atm或T>3600K，p＝20atm：
N2参加反应 N2离解
NO和N
h
0 f
298
= 25.10 kJ／mol
CO (g) + 1
2
O2 (g) → CO2 (g)
h
0 298
=-282.84kJ／mol
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
h
0 298
=82.04 kJ／mol
3．反应热、生成热、燃烧热三者的区别？
.
13
1. 何谓生成热、反应热、燃烧热？
热值(kJ/kg) （计算值）
0.5073
43529
43500
0.5038
43111
42207
0.4966
41855
42667
0.4809
41855
41269
例：柴油C：0.857kg，H：0.133kg，O：0.010kg，求完 全燃烧所需的最小氧量Omin及对应的Lmin？
.
9
二、燃烧产物的组成
89.306/k mJol
.
18
1.3 燃烧热的测量和计算
一. 燃烧热的直接测量 (两种方法）
定容量热计：燃烧热不做功，所以所吸收的 热 量等于使内能增加了 ；
定压量热计：燃烧热做功，所吸收的热量等 于焓增大了 h。

燃烧学基本理论_PPT课件


➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1

Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2

1 2
I2

HI
√ h f 298,CO

110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO

1 2
O2

CO2
× h f 298,CO2

283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数

自燃理论燃烧学基础


数，用Ha,cr表示。
T0
T
决定曲线位置关系的因素 ： T0，h，P
变
不变
不变
不变
变
不变
不变
不变
变
放热速率： 散热速率：Q 2Ah(TT) QQVZφe n E/RT
斜率h02是个临界值，超过这个对流1换热系数，反应就A会不断加速直至着火，该斜率称为临界对流换热系数，用Ha,cr表示。
0
决定曲线位置关系的因素 ：T ，h一定； P变！ 少量水分可以起到催化剂的效果，
b
b点：
c点：
a
c
T0
T
相交： 相切： 相离：
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q 2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q 2 自燃重要的准则：
b
斜率h02是个临界值， 超过这个对流换热系
数，反应就会不断加
a
c
速直至着火，该斜率 称为临界对流换热系
三、热自燃理论的着火条件
（4）容器中既无自然对流，也无强迫对流。
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定；
决定曲线位置关系的因素 ：
在散热条件相同的情况下，比表面积越大，越容易自燃。
二、热自燃理论的研究对象和模型
四、热自燃理论中的着火感应期
决定曲线位置关系的因素 ：h，P一定；
三、热自燃理论的着火条件
三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
Q1QVZφnAeE/RT
1、发热量 2、温度 3、催化物质 4、比表面积 5、新旧程度 6、压力
不同的物质有不同的影响 新煤、新制备的金属粉末； 旧硝化棉

燃烧理论基础

本课程的学习内容第一章燃烧热力学第二章化学动力学第三章燃烧物理系第四章看火（自然与引燃）第五童预混合气体燃烧火焰第六章扩散火焰与液体燃料燃烧第七章气体燃料的喷射与燃烧第八童固体燃料的燃烧课程实验考试说明课程考核形式闭卷考试依托大纲,参考教材70%考卷,30%平时题型：填空、（判断、）多项选择、名词解释、简答、计算、图解分析考试时间：6月9日下午或晩上第一章123•化合物的标准生成熔化合物的构成元素在标准状态下（25°C , O.IMPa ）。

定温——定容或者定温定压；经化合反应生成一个mol的该化合物的恰的增量（KJ/mol）所有元素在标准状态下的标准生成焙均为零。

4•反应熔（**）在定溫——定容或定温——定压条件下，反应物与产物之间的熔差为该反应物的反应恰（KJ）。

5•反应熔的计算（** ）6•燃烧熔（**）单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温——定容或定温——定压条件下,燃烧反应时的反应焙之值（KJ/Kg ）。

7•燃料热值（**）燃料热值有高热值与低热值之分,相差一个燃烧产物中的水的汽化潜热。

8•平衡常数的三种表达方式W相互间的关系（** ）按浓度定义的反应平衡常数，以分压定义的反应平衡常数,以体积百分比定义的反应平衡常数。

9•反应度入（** ）表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度10.Gibbs函数的定义自由恰,为状态参数。

g=h-Ts11.Helmholtz 函数自由能f12•熔与生成熔仅是温度的单一函数，而自由恰与P、T有关。

13•过量空气系数（** ）（0a =电）m ast燃烧IKg燃料,实际提供空气量/理论所需空气量。

14•当量比（（I）二！ #@¥% ! @ ）C——实际浓度,Cst——理论浓度15•浓度（空燃比）（C=#@ ¥ ）—定体积混合气体中的燃料重量/空气重量16 •化学计量浓度0a = 1时的浓度17•绝热火焰温度的求解方法，尤其是考虑化学平衡时的计算方法（** ）（附图）首先分别根据平衡常数Kp和能量守恒方程得到的反应度入和绝热火焰温度Tf的关系，然后采用迭代法计算得到Tf绝热燃烧火焰计算程序及数据处理。

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