第2章_燃烧物理学基本方程
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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?21、燃烧过程中,有几种NOx的生成机理?第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1.为什么说混合与传质对燃烧过程很重要?2.什么是传质?传质的两种基本形式是什么?3.什么是“三传”?分子传输定律是怎样表述的?它们的表达式如何?(牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律)4.湍流中,决定“三传”的因素是什么?湍流中,动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何?怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点?5.试推导一个静止圆球在无限大空间之中,没有相对运动的情况下,和周围气体换热的Nu数,以及和周围气体进行传质的Nu zl数。
燃烧的化学方程燃烧是一种常见的化学反应,通过氧气与其他物质的反应产生能量和生成新的物质。
在这篇文章中,我们将深入探讨燃烧的化学方程,并讨论其在日常生活和工业中的应用。
首先,让我们了解一下燃烧的基本概念。
燃烧通常是指物质与氧气发生快速氧化反应的现象。
要发生燃烧,物质必须具备三个要素:可燃物质,氧气和能使反应发生的燃烧温度。
燃烧的化学方程式可以用来描述燃烧过程中原料和产物之间的化学变化。
对于有机化合物燃烧来说,它们通常包含碳、氢和氧元素。
当一个有机物在氧气的存在下完全燃烧时,产生的主要产物是二氧化碳和水。
例如,让我们考虑丙烷完全燃烧的化学方程式:C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O在这个方程中,“C3H8”代表丙烷分子,而“O2”代表氧气分子。
箭头“->”表示反应的进行方向,而反应物和产物之间的数字表示了各自的化学计量比。
方程的左边是丙烷和氧气,右边则是二氧化碳和水。
该反应的化学计量比是基于化合物分子的相对组成,它质量比已经被实验确定。
这意味着,一个丙烷分子和五个氧气分子在反应中完全消耗,产生三个二氧化碳分子和四个水分子。
这个方程还告诉我们燃烧是一个放热反应,释放出大量的能量。
燃烧时放出的能量来自于化学键的断裂和形成,化学键的形成释放能量,而斩断化学键则需要吸收能量。
燃烧的化学方程还可以被用来计算燃烧反应中的能量变化。
燃烧反应的能量变化也称为焓变,可以使用标准焓变来计算。
标准焓变是指在标准温度(通常为298K)和标准压力下,从基态的单质元素形成一个摩尔化合物所释放或吸收的能量。
利用燃烧的化学方程和标准焓变,我们可以计算出燃烧反应的热效应。
这在实践中非常重要,因为它可以帮助我们估计燃料的热值(产生的能量)以及燃烧过程中产生的废气的成分。
除了在实验室中研究和计算方程式外,燃烧的化学方程还有许多实际应用。
在日常生活中,我们常常使用燃料燃烧来供应能量,如煮饭、取暖和驱动车辆。
不同燃料的化学方程不同,因此它们产生的热值也有所不同。
绪论、第一章1、从正负两方面论述研究燃烧的意义。
(P5)①研究如何提高燃烧效率,保证燃烧过程的稳定性和安全性,节约能源,并充分利用新能源;②如何防止抑制火灾及矿井瓦斯或具有粉尘工厂存在的爆炸危险性,减少有用燃烧过程中的工业污染问题。
2、不同的学科研究燃烧学各有什么侧重点?(P5)实验研究:对于生产中提出的燃烧技术问题主要还只能通过实验来解决。
并发展出诊断燃烧学。
理论分析:主要为各种燃烧过程的基本现象建立和提供一般性的物理概念,从物理本质上对各种影响因素做出定性分析,从而对实验研究和数据处理指出合理、正确的方向。
3、从化学观点看,燃烧反应具有的特征是什么?(物质能量总体是下降的)(P6)氧化剂和燃料的分子间进行着激烈的快速化学反应,原来的分子结构被破坏,原子的外层电子重新组合,经过一系列中间产物的变化,最后生成最终燃烧产物。
这一过程,物质总的热量是降低的,降低的能量大都以热和光的形式释放而形成火焰。
4、燃烧过程的外部特征是什么?①剧烈的氧化还原反应②放出大量的热③发光5、化学爆炸与火灾的关系?(PPT)1)紧密联系,相伴发生2)某些物质的火灾和爆炸具有相同的本质,都是可燃物与氧化剂的化学反应。
3)主要区别:燃烧是稳定的和连续进行的,能量的释放比较缓慢,而爆炸是瞬时完成的,可在瞬间突然释放大量能量。
4)同一物质在一种条件下可以燃烧,在另一种条件下可以爆炸。
(煤块燃烧与煤粉爆炸)5)在存放有易燃易爆物品较多的场合和某些生产过程中,可发生火灾爆炸的连锁反应,先爆炸后燃烧、先燃烧后爆炸。
6、按化学反应和物理过程之间的关系,燃烧包括哪三种类型?(P5)1)动力燃烧(动力火焰):主要受燃烧过程中的化学动力因素所控制,如着火、爆炸;2)扩散燃烧(扩散火焰):主要受流动、扩散和物理混合等因素控制,如液体燃料滴、碳粒、蜡烛;3)预混燃烧(预混火焰):此时化学动力因素和物理混合因素差不多起同样重要的作用,如汽油发动机、家用煤气炉。
高等燃烧学复习总结 第一章 化学热力学及化学动力学化合物的生成焓:当化学元素在化学反应中构成一种化合物时生成或吸收的能量。
为了定量表述方便,定义了一个标准生成焓:各化学元素在25°C(298K ),1个大气压条件下形成1mol 化合物所产生的焓的增量。
符号:0298f h ∆反应焓:在几种化合物(或元素)相互反应形成生成物时放出或吸收的能量。
其数值等于生成物与反应物生成焓之差。
即:000sjRT s fT j fT s P j RH M h M h ==∆=∆-∆∑∑式中:0RT H ∆—1个大气压,T温度下的反应焓;s M —生成物的mol 数;j M —反应物的mol 数。
燃烧热:1mol 燃料完全燃烧放出的热量为化合物的燃烧热。
(如果燃烧发生于定压过程,这时的燃烧热称为燃烧焓。
)燃烧焓:系统经历一个等压过程,过程中物质组分发生变化,而温度与初始状态相同时,系统放出的热量。
吉布斯自由能:f h TS =- 赫尔霍姆茨自由能:A E T S =- 标准反应自由能:00298298298R Sf s j f j S Pj RF Mf M f ==∆=∆-∆∑∑标准生成自由能:0298f f ∆拉道西—拉普拉斯定律:使一化合物分解成为组成它的元素所需供给的能(热)量和由元素生成化合物产生的能(热)量相等。
即:化合物的分解热等于它的生成焓,而符号相反。
阿累尼乌斯定律:0E RTk k e-=平衡常数与标准反应自由能的关系:00ln ;exp RR p p F F k k RT RT ⎛⎫∆∆=-=- ⎪⎝⎭化学动力学中采用的几个基本概念一、浓度及其表示法1、分子浓度—单位容积内某物质的分子数:i i N n V=[1/m 3]Ni —某物质的分子数目。
2、mol 浓度—单位容积内某物质的mol 数:0i i i m N C V N V ==[mol/m 3]N 0—Avogadro(阿佛加德罗)常数;m i —某物质的mol 数。
一、燃烧与火焰的基本概念1、燃烧通常把具有强烈放热并伴随有光辐射的快速化学反应过程都称为燃烧,如典型的强烈氧化反应,以及与此相似的氮化、氟化等反应也称为燃烧。
(在有两种组分参加的燃烧反应中,把放出活泼氧原子(或类似的原子)的物质称为氧化剂,而另一类组分则称为燃料。
)2、燃烧过程的特性除发光、发热等外部特征外,还具有电离和在可燃介质中传播的特征。
火焰辐射由于火焰发光、发热等导致,主要包括:热辐射——主要是化学稳定产物的光谱带,最强的光谱带一般在红外区。
化学发光辐射——不连续光谱带发射的结果,主要来自于化学反应过程中CH、OH、O等自由基的激发态电子。
炽热固态烟粒和碳粒的辐射——连续辐射,具有较宽的光谱带范围。
电离特性一般在碳氢化合物和空气中的燃烧火焰中(尤其是层流火焰中)的气体具有较高的电离度。
自行传播火焰向周围可燃介质传播,直到整个反应系统终止。
根据传播机理和特征包括两类火焰:缓慢燃烧火焰——通过导热使未燃气体温度升高(或通过扩散作用将自由原子、自由基传递到未燃气体中产生链式反应),以约0.2~1m/s的速度稳定、缓慢地传播。
爆轰火焰——依靠激波的压缩作用使未燃气体温度升高,传播速度约为几km/s)。
3、燃烧过程的本质(1)化学的观点:燃烧过程中原来物质的分子结构被破坏,原子中的外层电子重新组合,经过一系列的中间产物的演变,最后形成了生成物即燃烧产物。
在化学反应中,总的化学能降低了,这部分能量主要以热能和光能的形式被释放出来,表现为火焰现象。
(2)物理的观点:燃烧过程总是发生在流动系统中,这种流动可能是均相流,也可能是多相流,可以是层流也可以是湍流;燃烧过程总是发生在不均匀物质场的条件下,多种组分之间会发生混合、扩散等现象,甚至还有物质相态的变化。
燃烧引起的不均匀温度场,使燃烧过程中还伴有能量的传递,且如外界电磁场、重力场等因素也会对燃烧过程产生显著的影响。
因此,燃烧是一种物理和化学的复杂的综合动态过程,燃烧学的学习必然涉及燃烧的化学热力学和化学动力学基础、燃烧的流体力学和传热传质基础等相关理论基础,以及化学动力学控制的燃烧、液体与煤燃烧的理论、预混气体火焰、湍流燃烧等基本燃烧现象。
燃烧理论与技术》课程教学大纲课程编号:08211011课程类别:专业基础课程授课对象:能源与动力工程、热能工程、工程热物理、建筑环境等专业开课学期:第6学期学分:3学分主讲教师:王俊琪等指定教材:同济大学、重庆建筑大学等编,《燃气燃烧与应用(第三版)》,中国建筑工业出版社,2005年教学目的:通过对该课程的学习,使学生掌握有关燃气燃烧的基本知识,学会相应的燃气燃烧的计算方法,能够利用化学反应动力学原理解释相关的燃烧现象及燃烧的速度,理解不同气流的混合原理和燃气燃烧火焰的传播机理及传播速度的测定方法,深刻认识燃气各种燃烧的方法,并能利用流体力学、化学反应动力学原理分析各种燃烧方法的机理。
在此基础上,进一步掌握各种不同种类的燃烧器原理、构造及其设计原理与方法,深入理解有关民用燃气用具、燃气工业炉窑的类型、结构,并能进行有关设计计算和热力计算。
第一章燃气的燃烧计算课时:1周,共3课时教学内容第一节燃气的热值一、燃烧及燃烧反应计量方程式燃烧的定义与条件;不同燃烧反应的计量方程式。
二、燃气热值的确定燃气低热值和高热值的定义及其计算方法;混合气体热值的计算。
第二节燃烧所需空气量一、理论空气需要量理论空气量的概念;理论空气量的精确计算方法和近似计算方法。
二、实际空气需要量实际空气量和过剩空气系数的概念;常用设备的过剩空气系数。
第三节完全燃烧产物的计算一、烟气量烟气的主要成分;按烟气组分计算的理论及实际烟气量;根据燃气的热值近似计算不同燃气的烟气量。
二、烟气的密度烟气密度的计算。
第四节运行时烟气中的CO含量和过剩空气系数一、烟气中CO含量的确定烟气中CO含量确定的方法及公式;燃气是否完全燃烧的判别式;工业中常用的RO2的计算方法。
二、过剩空气系数的确定完全燃烧和不完全燃烧时过剩空气系数的确定方法。
第五节燃气燃烧温度及焓温图一、燃烧温度的确定热量计温度和理论燃烧温度的概念及计算公式;影响理论燃烧温度的具体因素分析。