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第3章燃烧学的数学物理基础本章内容：燃烧中的物理现象张量基础多组分混合气体流动的基本参数分子传输的几个基本定律基本守恒方程：质量守恒方程、组分守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程斯蒂芬流问题3.1燃烧中的物理现象从可燃混合气的形成、升温、着火燃烧、火焰传播到散热等都是通过一系列的物理、化学变化过程来完成的。
在这些过程中有介质的流动、传热、蒸发、对流、扩散、传质等物理现象。
这些现象有些是相继发生的，有些则是同时发生的。
根据燃烧条件的不同，有些是定常问题，有些是非定常问题。
一般说来，这些现象可以用质量守恒、动量守恒、能量守恒、组分守恒等基本方程来描述。
而牛顿粘性定律、傅里叶导热定律及费克扩散定律又是各守恒方程的基础。
燃烧现象中的流动问题常常涉及到两种不同性质的介质间的相互运动以及流体与固定壁面间的相对运动。
因而，许多现象又与边界层问题有关。
从可燃混合气的形成及燃烧的方式可将燃烧现象分成预混燃烧及扩散燃烧两类。
预混合燃烧是燃料与氧化剂事先混合成可燃混合气以后才进行燃烧的，在预混可燃气体的燃烧中，化学动力学过程和流动（传热、传质）过程几乎起着同样重要的作用。
预混燃烧不仅仅存在于气体中，许多液体、固体的燃烧也同样属于预混燃烧。
如在一定条件下，使液体燃料雾化蒸发，其蒸气与氧化性气体混合酒形成了可燃混气，此时的燃烧就属于预混燃烧。
再如，军事技术上，固体火箭发动机中双基推进剂（火药）、复合推进剂、火炸药工业中的粉状铵梯炸药、黑火药等等，它们的燃烧都属于预混燃烧的范围，都是固体可燃物与富氧物质的混合物。
图3-1所示的是:（a）喷灯及（b）家用煤气灶。
有一定流速的煤气将外界的空气卷吸进混合腔，形成可燃混合气后在喷口外燃烧形成火焰，此为预混合火焰。
(a)喷灯 (b)家用煤气灶图 3-1对混合火焰而言，反应物在达到反应区（又称火焰区、火焰锋面、燃烧波）之前已经将可燃物与氧化性物质混合好。
因此，可以将预混火焰看做是由无数个叠加在一起的无限小的扩散火焰而组成的。
《消防燃烧学》课程教学大纲课程名称：消防燃烧学英文名称：Combustion Fundamentals of Fire课程编号：04hzzyb507课程类别：专业技术基础课学时：总学时60，其中课堂讲授学时50，实验学时10适用专业：消防指挥普通本科说明部分一、课程性质《消防燃烧学》是一门主要讲授火灾发生、发展和熄灭基本规律的课程。
该课程是消防教育的重要专业技术基础课，是消防指挥普通本科专业的必修课和主干课。
作为一门独立的新兴边缘学科体系中的课程，其理论性、实践性和实用性都很强。
二、课程教学目的与任务通过这门课的教学，要达到如下目的，完成如下任务：（一）培养学员理论联系实际的能力，即运用所掌握的可燃性物质燃烧或爆炸基本规律、特性和防火、灭火基本原理等方面的知识，分析和解决实际火灾或爆炸事故及其预防和控制等方面问题的能力，包括将这些知识与其它相关课程的知识有机结合与融会贯通的能力，为以后的学习和工作打下良好的知识基础。
（二）培养学员观察、分析实验现象和动手操作的能力，这主要通过实验教学环节得以实现，即观察一些典型物质的闪燃、燃烧、爆炸、火焰传播、回火及阻火等基本实验现象，分析这些现象存在的根本原因，学会燃烧温度、自燃点、爆炸极限、闪点、氧指数及热分解温度等基本参数测定的基本操作，藉此初步培养学员辨证思维的能力和科学研究的能力，全面提高学员的综合素质。
（三）培养学员创新的意识、科学的态度和良好的学风，使学员成为适应新世纪要求的合格人才。
总之，通过本课程的学习，不仅要使学员学会并掌握一些燃烧或爆炸的基本理论来解决实际火灾或消防工作中存在的问题，更着眼于提高学员的实际能力和综合素质，从而使学员成为专业基础扎实、知识面宽、能力强、素质高，并富有创新精神的消防工作专门人才。
三、教学基本要求通过本课程的课堂教学，使学员对火灾燃烧现象的本质、重要可燃物质的物理化学性质、燃烧和爆炸的基本原理、着火和灭火的基本理论以及气态、液态和固态可燃物燃烧或爆炸基本规律等有全面的了解；初步掌握以燃烧理论为基础来分析火灾中的现象，建立能分析和解决实际问题的思维方法。
《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根（Roger Bacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）和卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。
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。
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。
消防燃烧学学习笔记第一章火灾燃烧基础知识一、填空1、燃烧从本质上讲，是一种特殊的氧化还原反应。
2、燃烧三要素：要发生燃烧反应，必须有可燃物、助燃物和点火源。
3、根据火三角形，可以得出控制可燃物、隔绝空气、消除点火源、防止形成新的燃烧条件阻止火灾范围的扩大四种防火方法。
4、根据燃烧四面体，可以得出隔离法、窒息法、冷却法、化学抑制法四种灭火方法。
5、燃烧按照参与燃烧时物质的状态分类，可分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧；按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类，燃烧可分为预混燃烧和扩散燃烧；按照化学反应速度大小分类，燃烧可分为热爆炸和一般燃烧；按照参加化学反应的物质种类分类，燃烧可分为化合反应燃烧和分解反应燃烧两类；按照反应物参加化学反应时的状态分类，燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧；按照着火的方式分类，燃烧可分为自燃和点燃等形式。
6、热量传递有三种基本方式：即热传导、热对流和热辐射。
7、释放热量和产生高温燃烧产物是燃烧反应的主要特征。
8、物质的传递主要通过物质的分子扩散、燃料相分界面上的斯蒂芬流、浮力引起的物质流动、由外力引起的强迫流动、紊流运动引起的物质混合等方式来实现。
9、物质A在物质B中扩散时，A扩散造成的物质流与B 中A物质的浓度梯度成正比，这个梯度可有三种表示方法，分别是浓度梯度、分压梯度和质量分数梯度。
10、管道高度越高，管道内外温差越大，烟囱效应越显著。
11、烟气是火灾使人致命的主要原因。
烟气具有的危害性包括：缺氧、窒息作用；毒性、刺激性及腐蚀性作用；烟气的减光性；烟气的爆炸性；烟气的恐怖性；热损伤作用。
12、烟气的主要成分：CO、CO2、HCI、SO2、NO2、NH3等气态产物。
二、简答1、燃烧的本质：是一种特殊的氧化还原反应。
燃烧的特征：燃烧时可以观察到火焰、发光、发烟这些特征。
例如：蜡烛燃烧时可以观察到花苞型火焰，实际火灾中的火焰呈踹流状态；停电时蜡烛发出的光可以照亮周围，实际火灾中物质燃烧的火光能够照亮夜空；蜡烛棉芯较长时很容易观察到火焰上方有黑烟冒出，在蜡烛上方放置冷瓷器时，可以观察到烟炱，实际火灾中更可以观察到浓烟滚滚的现象。
消防燃烧学第一章火灾燃烧基础知识第一节燃烧的本质和条件一、燃烧的本质（识记）燃烧是可燃物与助燃物相互作用发生的强烈放热化学反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。
游离基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
二、燃烧条件及其应用（简单应用）（一）燃烧条件燃烧的发生必须具备三个基本条件，即可燃物、助燃物和点火源。
1．可燃物（还原剂）如氢气、乙炔、乙醇、汽油、木材、纸张、塑料、橡胶、纺织纤维、硫、磷、钾、钠等。
2．助燃物（氧化剂）如空气（氧气）、氯气、氯酸钾、高锰酸钾、过氧化钠等。
一般‘3．点火源如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。
上述三个条件还需满足以下数量要求，并相互作用：(1)一定的可燃物浓度氢气的体积分数低于4%时，不能点燃；煤油在20℃时，由于蒸发速率较小，接触明火也不能燃烧。
(2)一定的助燃物浓度或含氧量例如，一般的可燃材料在氧气的体积分数低于13%的空气中无法持续燃烧。
(3)一定的着火能量即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。
(4)相互作用燃烧的三个基本条件须相互作用，燃烧才可能发生和持续进行。
（二）燃烧条件的应用根据着火三角形1．控制可燃物2．隔绝空气3．消除点火源4．防止形成新的燃烧条件，阻止火灾范围的扩大根据燃烧四面体1．隔离法2．窒息法3．冷却法4．化学抑制法第二节燃烧分类与燃烧基本过程一、燃烧分类（识记）按照参与燃烧时物质的状态分类：气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。
按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类：预混燃烧和扩散燃烧。
按照化学反应速度：热爆炸和一般燃烧。
按照参加化学反应的物质：化合反应燃烧和分解爆炸燃烧。
按照反应物参加化学反应时的状态：燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧按照着火的方式分类：自燃和点燃。
绝大部分物质的燃烧都属于气相燃烧。
物质燃烧剩余的残炭和金属物质的燃烧等是表面燃烧。
二、燃烧的基本过程（领会）（一）可燃固体的的熔化、分解或升华过程燃烧过程中发生熔化的主要是热塑性材料，塑料的熔化没有明确的熔点。
燃烧流体力学哎，说起燃烧流体力学，我这心里就燃起了一把火，简直比那篝火还旺呢！这不，前天还在课堂上，我那好搭档、物理系的张教授，就跟我吹嘘他那燃烧流体力学的研究有多牛。
他说：“刘老师，你这语文系的教授可不懂这个，我那研究，简直就是火中取栗，别看外表熊熊烈焰，里面的学问可深了去了。
”嘿，这老张，就是爱炫耀。
他那得意洋洋的样子，真是让我又好气又好笑。
我故意挖苦他：“哟，张教授，您这火是烧得挺旺，可别把实验室烧了啊！”张教授哈哈一笑，说：“放心吧，刘老师，我这火是有控制的，就像您写文章，字斟句酌，恰到好处。
”后来，我干脆就跑到实验室，想亲自看看这燃烧流体力学是啥玩意儿。
一进实验室，那股子热气扑面而来，简直跟进了桑拿房似的。
我一看，几个戴着眼镜、穿着白大褂的研究员，正在专心致志地盯着实验器材，仿佛那是他们的宝贝。
我凑过去问：“张教授，这燃烧流体力学，究竟是个啥东西？”张教授指着实验器材，说：“你看，这个叫火焰传播速度仪，能测量火焰在流体中的传播速度；那个是热像仪，能监测火焰的温度分布。
咱们这研究，就是要弄清楚火焰在流体中的运动规律，为火电厂、火箭发动机等领域提供理论支持。
”我听得头都大了，心想：“这玩意儿跟语文有啥关系？”正疑惑间，一个研究员走过来，笑着说：“刘老师，您这语文功底，我们这些理工科的人可望尘莫及。
咱们这研究，不也是追求美吗？火焰的形态、色彩，不也是一门艺术吗？”这话倒是让我茅塞顿开。
我忽然想起小时候，那熊熊篝火旁，人们欢声笑语，载歌载舞的情景。
燃烧，不也是生活的美好象征吗？我感慨地说：“你们这研究，其实跟我们的生活息息相关。
我写文章，也是在寻找生活的美好，这燃烧流体力学，也是在探索火焰背后的秘密。
”张教授和研究员们听了，都笑了。
是啊，这个世界，既有语文的浪漫，也有科学的严谨。
我愿意跨越学科界限，去探寻那些未知的秘密，就像燃烧的火焰，永远燃烧在心中。
