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第2章 燃烧物理学基本方程

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物理燃烧知识点归纳总结

物理燃烧知识点归纳总结

物理燃烧知识点归纳总结燃烧是一种常见的化学反应，是指物质与氧气或其他氧化剂在适当条件下发生的放热反应。

燃烧过程中，有能量被释放出来，通常伴随着火焰、光和热的产生。

在我们的日常生活中，燃烧现象无处不在，比如燃料的燃烧产生能量来驱动汽车或发电，燃木或煤炭取暖，烹饪食物等。

因此，了解燃烧的基本原理和特性对我们来说尤为重要。

在这篇文章中，我将对物理燃烧的相关知识点进行归纳总结，以便更好地理解这一现象。

一、燃烧的基本原理1. 燃烧的定义：燃烧是指物质与氧气或其他氧化剂发生的放热反应，通常伴随着火焰、光和热的产生。

2. 燃烧的条件：燃烧通常需要三个基本条件：燃料、氧气和足够的温度。

其中，燃料是指能够发生燃烧的物质，如木材、煤炭、石油等；氧气是燃烧过程中必不可少的氧化剂；足够的温度则是指启动燃烧反应所需的最低温度，也称为燃点。

3. 燃烧的反应方程式：燃烧反应通常可以用化学方程式来描述，如燃烧木材的反应方程式可以写作：木材 + 氧气→ 二氧化碳 + 水 + 热能。

二、燃烧的过程与机理1. 燃烧的三个阶段：燃烧过程通常可以分为三个阶段：起燃阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。

其中，起燃阶段是指燃烧反应开始的阶段，通常需要提供足够的能量来启动反应；燃烧阶段是指燃烧反应稳定进行的阶段，此时燃烧产生的热能可以维持反应的进行；燃尽阶段则是指燃料完全燃烧完毕的阶段。

2. 燃烧的热效应：燃烧是一种放热反应，即在反应过程中有能量被释放出来。

燃烧反应放热的原因是燃料原子在与氧气反应时发生化学键的断裂和新的化学键的形成，从而产生热能。

3. 燃烧的火焰现象：火焰是燃烧过程中可见的明亮的光和热的产物，是燃烧过程中燃烧产物的热辐射和离子化产生光的结果。

火焰的形成通常需要足够的氧气供应和适当的温度。

三、燃烧的应用与环境影响1. 燃烧在能源领域的应用：燃烧是人类利用化学能的主要方式之一，广泛应用于能源生产、交通运输、工业制造等领域。

比如，煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧产生的能量被用来发电、驱动汽车或船舶等。

燃烧理论基础考试重点

燃烧理论基础考试重点

1;描述燃烧物理现象的方程有哪些？质量守恒方程，动量守恒方程，能量守恒方程，组分守恒方程。

2：研究基础有哪些基本定律和现象？牛顿粘性定律，傅里叶导热定律，费克扩散定律，斯蒂芬流问题。

例子：喷灯、家用煤气、气焊枪。

温度场，浓度场，速度场。

3：牛顿粘性定律表明：粘性是动量交换的必要条件。

由速度梯度变为动量梯度傅里叶导热定律表明：热扩散是能量交换的必要条件。

由温度梯度变为焓的梯度费克扩散定律表明：传质（扩散）是组分扩散的必要条件。

由密度梯度变为质量分数的梯度。

4：Stefen流产生的物理条件、化学条件：斯蒂芬流产生的条件是在相分界外既有扩散现象存在，又有物理和（或）化学过程存在，这两个条件是缺一不可的。

第四章着火1：着火过程由什么因素控制的？着火与混合气的压力、温度、浓度、壁面的散热率、（点火能量）气流运动有关。

2：燃烧速度的决定因素有哪些？举例说明哪些燃烧现象受物理过程控制，哪些受化学过程控制？由扩散、流动、传热及其他物理过程决定燃烧过程速度的燃烧为扩散控制燃烧，物理因素起主要的控制作用。

例如油滴、喷雾燃烧，未作预混合的气体射流燃烧，蜡烛、碳球的燃烧等均属此类。

汽油机、煤气机、喷灯等预混合气有火焰传播的燃烧则同时受化学动力学及扩散的控制。

3：燃烧反应过程中浓度与温度的关系燃烧反应速度主要与反应气体混合剂的温度及初始反应物、中间产物、最终产物的浓度有关。

反应速度与温度的关系常用Arrhenius指数项或简单的指数Tm的关系式表示。

4：简单反应或热反应：反应速度只受初始反应物浓度影响的反应复杂反应或自催化反应：反应速度受中间产物或最终产物浓度影响的反应5：热着火需要满足的条件是什么？可燃混合剂在某一条件下由外界加热，如火花塞、热容器壁、压缩等，到达某一特定温度时，反应物在此温度下的放热速度大于散热损失的速度。

6化学链着火需要满足的条件是什么？若燃烧反应有中间载链基的分枝链反应时，则甚至在等温条件下也能着火。

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

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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。

工程燃烧学复习要点

工程燃烧学复习要点

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。

燃烧基础知识-ppt课件

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综化上的所物述质，不一物定质都燃是烧能是够氧燃化烧反的应物，质而氧化反应不一定是燃烧，能被氧8
可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中 间反应阶段；不是氧化整个分子，而是氧化连锁反应中间产物——游 离基或原子。
可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的连锁反应是燃烧反 应的实质，光和热使燃烧过程中发生的物理现象。
如：汽油、柴油、煤油、酒精 。
气体可燃物
14
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/9/16
凡是在空气中能发生燃烧的气体，都称为可燃气 体。可燃气体在空气中需要与空气的混合比在一 定浓度范围内（即燃烧最低浓度），并还要一定 的温度（即着火温度）才能发生燃烧。
如：H2 CL2 CH4、 氢气 氯气 甲烷此外， 有些物质在通常情况下不燃烧。但在一定条件下 又可以燃烧。如：赤热的铁在纯氧中能发生剧烈 燃烧；赤热的铜能在纯氯气中发生剧烈燃烧；铁、 铝本身不燃，但把铁、铝粉碎成粉末，不但能燃 烧，而且在一定条件下还能发生爆炸。
3、一定的点火能量
20
河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/9/16
可燃物发生燃烧，都有本身固有的最小点火能要求，达到一定的 强度才能引起可燃物着火。否则燃烧就不会发生。所需火源的强度， 取决于可燃物质的最小点火能（引燃温度），不同可燃物质燃烧所需 的引燃温度各不相同。汽油0.2mJ，乙醚0.19mJ。
河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站河南消防职业培训学校漯河站第二章燃烧基础知识主要内容

第2章 燃烧物理学基本方程

第2章 燃烧物理学基本方程

[
]
[
]
[
]
∂u 2 ∂v 2 ∂w 2 Φ = 2 µ + + ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v 2 ∂v ∂w 2 ∂w ∂u 2 2 ∂u ∂v ∂w 2 + µ + + + ∂y ∂x ∂z ∂y + ∂x + ∂y − 3 µ ∂x + ∂y + ∂z
r ∂ρ + div (ρv ) = 0 ∂t
基本守恒方程
动量守恒方程 运动方程、 运动方程、Navier-Stokes方程 方程 体积力： 体积力：重力、磁力等
DV ρ = f Dt
表面力：压力、粘性力等 表面力：
基本守恒方程
动量守恒方程
∂u Du ∂u ∂u ∂u ρ = ρ + u +v +w ∂t Dt ∂x ∂y ∂z ∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂x ∂x ∂x 3 ∂ ∂u ∂v ∂ ∂w ∂u + µ + + µ + + (∑ ρ i Fi )x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂x ∂z
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
普朗特提出了边界层的概念，假设： 普朗特提出了边界层的概念，假设：
在边界层内垂直于壁面的速度远小于平行于壁面的 速度； 平行于壁面方向的速度梯度、温度梯度以各组分浓 度梯度远小于垂直于壁面方向的相应梯度； 垂直于壁面的压力梯度近似等于零。

高等燃烧简化版

高等燃烧简化版

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。

燃烧学基本理论_PPT课件

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➢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

徐通模燃烧学第2章

徐通模燃烧学第2章
11
二、基本守衡方程
湍流运动仍遵循连续介质的一般动力学定律，即质量守恒定 律、动量守恒定律和能量守恒定律。
1. 连续性方程：
(u) (v) (w) 0 t x y z
2. 动量方程： 3. 能量方程： 4. 化学组分方程：
(v)
t
x j
Yi
V vi,diff
m&i
i 1, 2,......, N
组分方程
cp
T t
cpVj
T x j

N k 1
hk&k

x j
(
T x j
)


T x j
(
能量方程 N
k 1
k cp,kVk , j )
第二节 动量、热量和质量传递


vi'
v
' j
vi

'
v
' j
vj
' vi'


'
vi'
v
' j
ij
x j
Svi
14
（3）时均化学组分方程

t
ma ' ma'
x j
vi ma vi' ma' vi ' ma' ma ' vi' ' vi' ma'
H x j

a
Γa
~
H
ma x j


Sh
15
如果以φ表示任何标量参数，则上述诸方程均可写成下列通 用形式：

1-第一章 燃烧的化学和物理基础

1-第一章 燃烧的化学和物理基础

第一章燃烧的化学和物理基础§1 燃烧反应热1.1 反应热、生成热和燃烧热化学反应过程中，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，称反应热。

显然，生成物所含能量少于反应物所含能量时，此差值为负值，表明有多余能量释放，称放热反应。

相反，此差值为正值即要向系统加入能量，为吸热反应。

如C+O2→CO2，此反应为放热反应，反应热为Q＝-393.5kJ／mol。

而C+H2O→CO+H2则为吸热反应，反应热为Q＝130.14kJ／mol。

化学反应过程所产生的反应热数值与反应时的条件有关。

在定温定容过程时，反应热等于系统内能变化。

即Q＝∆U。

在定温定压过程时，反应热等于系统焓的变化，即Q＝∆H。

两种反应热之间存在一定关系。

由热力学关系得H＝U+PV则∆H＝∆U+∆(PV)＝∆U+P2V2-P1V1对于气相反应，认为体系近似为理想气体，可用状态方程处理，即 PV＝ nRT即P2V2-P1V1＝( n2-n1 ) RT＝∆nRT则∆H＝∆U+∆nRT（1-1）∆n为反应前后气相物质摩尔数的增加。

通常，∆n较小，而∆U值很大，可认为∆H与∆U近似。

化学反应的种类繁多，且反应也是在任意温度下进行的。

因此反应热也相应有不同数值。

为了比较和计算方便，规定了一个相对标准。

把在298K ，0.1013MPa 下反应热定为标准反应热，用符号∆0298H 表示。

脚注表示标准状态温度298K ，肩注表示压力为0.1013MPa （旧标准为1大气压）。

如H 2+1/2 O 2＝H 2O （汽） ∆0298H ＝-242（MJ/kmolH 2）化学反应中由元素——即稳定单质反应生成某化合物时的反应热，特定为该化合物的生成热。

用符号∆H f 表示。

如元素A 1和元素A 2各n 1、n 2摩尔，反应生成化合物A 为一个摩尔时，其反应热为： ∆H f ＝H A -（n 1H 1+ n 2H 2）在标准状态下，定义稳定单质焓为零，所以，∆H f ＝H A 。

燃烧学讲义 第二章

燃烧学讲义 第二章

k k

G
k 1
j
k
GT 0
稳定流动的混合物流动中，各组分扩散通量之和为零
3）混合流中组分k的对流通量 G ck
定义：混合流平均速度携带组分K流动的通量
Gck k v Yk v Yk GT
•各组分对流通量之和：
j j
G
k 1
c k
Yk GT GT
k 1
即：混合流各组分对流通量和为混合流的通量。
k v d k k v k k v
G d k G k G ck G k G d k G ck
即：组分k的质量通量为该组分在混合 流中的扩散通量与对流通量之和
G G
k k 1
j
j
d k


dxdydz
dxdydz div v dxdydz y z x 密度变化引起质量变化率为
t
d div v 0 dt u v w 若 const ,即div v 0 ,即 0 x y z
2.
X v
i 1
3
i i
--------------
4. 组分守恒方程
Y s Y s Y s Y s Y s u w ( D s ) ( D s ) t y z x x y y Y s ( D s ) ws z z
边界层假设： •垂直于壁面的速度大大小于平行于壁面速度； •垂直于壁面的速度梯度、温度梯度和组分梯 度大大小于平行于壁面各相应参数； •垂直于壁面的压力梯度为零。 •二维： 连续：

Cp
(单位面积上热流量与温度梯度成正比) 其中： 导热系数, 热扩散系数

第二章 热力学第一定律

第二章 热力学第一定律
ΔU=q+w（2.2）
公式2.2是热力学第一定律的数学表达式，它概括了热与功的等价性和孤立系统中内能是恒定的（q=0，w=0）。方程表述了封闭系统中的内能变化是通过能量在边界处以热或功的形式转化。若能量以热或者功的形式转移到系统中，则w＞0或q＞0，若能量以热或者功的形式从系统中失去，则w＜0或q＜0。换句话说，我们从系统的角度来看，我们认为能量的传递是以功或热的形式。
孤立系统的内能是恒定的。
我们不能利用系统来做功，将它隔离一个月，然后希望它恢复到原来的状态，并再次做功。所以有证据表明该性质，“永动机”（不消耗燃料或其它能源的机器）是不可能造成的。
这些结论可以概括如下。如果我们用w表示系统做功，q表示能量以热的形式向系统转移，ΔU表示最后内能的变化，这样就可以表示为
图例2.1热力学公约符号
如果电机每秒产生15kJ的能量用于机械做功，其中又以热的形式失去2kJ的能量到环境中，则电机每秒内能的变化为：
ΔU=-2kJ-15kJ=-17kJ
假设，当一个弹簧被拉伸，100J用于做功，但15J以热的形式散失在环境中。弹簧内能的变化是：
ΔU= 100 kJ-15 kJ =+85 kJ
当气体是由多原子分子构成，我们就需要考虑转动和振动的影响。一个线性分子，例如N2和CO2，可以围绕原子所在的两个相互垂直的轴旋转（如图2.5），所以它具有两个转动模式，每种转动对内能的贡献是 kT。因此，转动能量是kT，振动对每摩尔的内能贡献是RT，通过平动和转动贡献能量相加，我们得到
Um=Um(0)+ RT（只考虑线性分子的转动和振动）
能量均分定理是经典力学的理论，只适用于量化影响可以忽略时（相见第16、17章）。实际上，它可以用来解释分子的转变和旋转，但不能解释分子振动。25℃时， kT=2 zJ（1zJ=10-21J），大约13 meV。

物理化学知识点归纳

物理化学知识点归纳

第二章热力学第一定律一、热力学基本概念1.状态函数状态函数，是指状态所持有的、描述系统状态的宏观物理量，也称为状态性质或状态变量。

系统有确定的状态，状态函数就有定值；系统始、终态确定后，状态函数的改变为定值；系统恢复原来状态，状态函数亦恢复到原值。

2.热力学平衡态在指定外界条件下，无论系统与环境是否完全隔离，系统各个相的宏观性质均不随时间发生变化，则称系统处于热力学平衡态。

热力学平衡须同时满足平衡（△T=0）、力平衡（△p=0）、相平衡（△μ=0）和化学平衡（△G=0）4个条件。

二、热力学第一定律的数学表达式1.△U=Q+W或dU=ΔQ+δW=δQ-p amb dV+δW`规定系统吸热为正，放热为负。

系统得功为正，对环境做功为负。

式中p amb为环境的压力，W`为非体积功。

上式适用于封闭系统的一切过程。

2．体积功的定义和计算系统体积的变化而引起的系统和环境交换的功称为体积功。

其定义式为：δW=-p amb dV（1）气体向真空膨胀时体积功所的计算W=0（2）恒外压过程体积功W=p amb（V1-V2）=-p amb△V对于理想气体恒压变温过程W=-p △V=-nR △T （3） 可逆过程体积功 W r =⎰21p V V dV(4)理想气体恒温可逆过程体积功 W r =⎰21p V V dV =-nRTln(V 1/V 2)=-nRTln(p 1/p 2)(5)可逆相变体积功 W=-pdV三、恒热容、恒压热，焓 1.焓的定义式 H def U + p V 2．焓变（1）△H=△U+△(pV)式中△(pV)为p V 乘积的增量，只有在恒压下△(pV)=p(V 2-V 1)在数值上等于体积功。

（2）△H=⎰21,T T m p dT nC此式适用于理想气体单纯p VT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液、固态物质压力变化不大的变温过程。

3. 内能变 (1)△U=Qv式中Qv 为恒热容。

燃烧学第1和2讲-导论和基础

燃烧学第1和2讲-导论和基础

高等燃烧学李晓东 第一讲：导论第二讲：主要介绍化学热力学基础知识和化学动力学的基础知识;第三讲：将对燃烧物理学基本方程进行分析，重点介绍斯蒂芬（Stefen）流和相分界面上边界条件，以加深对燃烧反应边界条件的认识第四讲：经典的燃料的着火理论，内容包括经典的热力爆燃理论，点火理论和强迫着火理论。

第五讲：火焰传播理论，主要介绍正常火焰传播和火焰稳定的基本原理及这一理论用于燃烧稳定的方法的理论基础；课程内容第六讲：湍流燃烧理论与模型，这是目前发展较快的新的理论成果，介绍经典的表面皱折和容积燃烧两种湍流燃烧模型；第七讲：液体燃烧的燃烧理论，除了介绍经典的油滴蒸发燃烧的理论，如Stefan流等的影响等。

第八讲：讨论煤的热解和燃烧的理论，内容包括煤的热解、挥发份的组成和燃烧、热解动力学、煤的加热和着火、煤的着火模式理论、碳球的燃烧、煤燃烧过程、煤的燃烬及煤粉火焰传播等理论；第九讲：针对燃烧过程中污染物的形成机理及其影响因素和控制方法进行介绍。

岑可法等著，高等燃烧学，浙江大学出版社，2002傅维镳等著，燃烧学，高等教育出版社，2000参考书目第一讲导论为什么学习燃烧学?火是人类文明的标志燃烧现象无处不在燃烧是化学发展的主线燃烧是能源贡献的主要方式燃烧是大气环境污染的主要来源燃烧的定义燃烧—燃料和氧化剂两种组分在空间激烈地发生放热化学反应的过程燃烧的两个特征：发光、发热燃烧过程是一个复杂的物理、化学的综合过程，它包括燃料和氧化剂的混合、扩散、预热、着火以及燃烧、燃烬等过程燃烧科学的发展简史燃烧是物质剧烈氧化而发光、发热的现象，这种现象又称为“火”“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开”火的使用是人类出现的标志之一第一次产业革命(18 世纪60 年代)在英国出现，其标志就是蒸汽机的产生，这是人类在火(燃烧)现象的长期知识和经验积累的结果火是神的贡献，是普鲁米修斯为了拯救人类的灭亡，从天上偷来的在我国，燧人氏钻木取火的故事更为切合实际和动人但这些离火的本质相距甚远对火的认识十七世纪末叶德国化学家贝歇尔(J.J.Becher)和斯塔尔(G.E.Stahl,1660～1734)提出燃素论解释燃烧现象一切物质之所以能够燃烧，都是由于其中含有被称为燃素的物质一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物质吸收燃素与释放燃素的过程燃素论燃素逸至空气中时就引起了燃烧现象，逸出的程度愈强，就愈容易产生高热、强光和火焰。

燃烧学 燃烧物理学基础

燃烧学 燃烧物理学基础
出
第四十四页，共46页。
第四十四页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
平均粒径
• 平均粒径是颗粒群中大小各不相同的粒径的平均值。
• 平均粒径可定量地表示颗粒群的大小。
• 应用得最多的是中径和多数径。
第四十五页，共46页。
第四十五页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
第四十六页，共46页。
第四十六页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
第二十九页，共46页。
第二十九页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
三、直流自由射流
外边界
核心区
过渡截面
极点
初始段
基本段
0
h0
第三十页，共46页。
流量 动量 压力
轴心速度
x
第三十页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
三、直流自由射流
• 定义轴向速度usx，径向速度usy，研究发现usy<<usx
第三十三页，共46页。
第三十三页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
三、直流自由射流
• 射流基本段浓度分布
对圆形射流 某截面上的浓度分布
fm f 0.7 f0 f as 0.29
R0
f f fm f
us u sm
1
2
1
y yb
1.5
fm——射流中心线上的介质浓度 yb——射流边界半径
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
第十四页，共46页。
第十四页，编辑于星期一：二十二点 五十五分。
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
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基本守恒方程
能量守恒方程
dE = δQ + δW
导热热流 扩散热流 辐射热流 体积力作功 表面力作功
基本守恒方程
能量守恒方程
ρ
∂u ∂v ∂w ∂ ∂T ∂ ∂T ∂ ∂T De = −ρ + ∂x ∂y + ∂z + ∂x λ ∂x + ∂y λ ∂y + ∂z λ ∂z Dt ∂q rx ∂q ry ∂q rz + + + + ∑ v sx (ρ s Fs )x + ∑ v sy (ρ s Fs ) y + ∑ v sz (ρ s Fs )z ∂x ∂y ∂z ∂ ( ρ s h s v s ) x + ∂ ∑ ( ρ s hs v s ) y + ∂ ∑ ( ρ s hs v s ) z + Φ + ∑ ∂x ∂y ∂z
r ∂ρ + div (ρv ) = 0 ∂t
基本守恒方程
动量守恒方程 运动方程、 运动方程、Navier-Stokes方程 方程 体积力： 体积力：重力、磁力等
DV ρ = f Dt
表面力：压力、粘性力等 表面力：
基本守恒方程
动量守恒方程
∂u Du ∂u ∂u ∂u ρ = ρ + u +v +w ∂t Dt ∂x ∂y ∂z ∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂x ∂x ∂x 3 ∂ ∂u ∂v ∂ ∂w ∂u + µ + + µ + + (∑ ρ i Fi )x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂x ∂z
fξ F + (1 − f )ξ A = ξ M
f kg / s
F A
1 kg / s
M
1− f kg / s
守恒标量的概念
混合物分数
ξM − ξ A f = ξF − ξ A
流体中任何没有源和汇， 流体中任何没有源和汇，又满足上述公式的外延参 数都称为守恒量 混合物中不参加化学反应的成分的质量分数， 混合物中不参加化学反应的成分的质量分数，winert， 以及由wO,wF和wP组成的下面三个复合质量分数都是守 以及由 恒量。 恒量。
基本守恒方程
燃烧现象包含流体流动、传热、传质和化学反 应以及它们之间的关系，燃烧过程是一种综合 的物理化学过程。 控制燃烧过程的基本方程：混合物质量守恒方 程、组分质量守恒方程、动量守恒方程及能量 守恒方程
基本守恒方程
质量守恒方程 连续性方程
基本守恒方程
质量守恒方程
∂ρ ∂ ∂ ∂ + ( ρu ) + ( ρv ) + ( ρw ) = 0 ∂t ∂x ∂x ∂x
∂C A ∂C B =− ∂y ∂y
DAB = DBA
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
Fick定律还可以表达为：
J A = − D AB
∂ρ A ∂y
[kg /(m
AB
∂Y A ∂Y A = −ΓAB ∂y ∂y
组分交换系数
分子输运基本定律
通用传输方程
∂P F = −D ∂y
(F / O )st wO , A f st = 1 + (F / O )st wO , A
若F中只有燃料，A中只有氧化剂，且实现完 全燃烧，则：
守恒标量的概念
混合物分数
f < f st : f =
− (F / O )st wO , M + (F / O )st wO , A 1 + (F / O )st wO , A
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
普朗特提出了边界层的概念，假设： 普朗特提出了边界层的概念，假设：
在边界层内垂直于壁面的速度远小于平行于壁面的 速度； 平行于壁面方向的速度梯度、温度梯度以各组分浓 度梯度远小于垂直于壁面方向的相应梯度； 垂直于壁面的压力梯度近似等于零。
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
∂T q = −λ ∂y
[J /(m
2
⋅ s)
导热系数
λ = aρc p
q = −a
热扩散系数
∂ (ρc p T ) ∂y
]
分子输运基本定律
费克（Fick）扩散定律
在双组分流体混合物A、B中，组分A的扩散通 量与组分A在组分B中的浓度梯度成正比
组分A在混合物中的当地摩尔浓度
J A = − D AB
基本守恒方程
扩散方程 组分守恒方程： 组分守恒方程：
即多组分气体中的某一个组分s的守恒方程 即多组分气体中的某一个组分 的守恒方程
∂Ys ∂Ys ∂Ys ∂Ys ρ + ρu + ρv + ρw ∂z ∂t ∂x ∂y ∂Ys ∂ ∂Ys ∂ ∂Ys ∂ + ρDs = ρDs + ρD s − ws ∂z ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z
基本守恒方程
动量守恒方程
∂w Dw ∂w ∂w ∂w ρ = ρ ∂t + u ∂x + v ∂y + w ∂z Dt ∂p ∂ ∂w 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂z ∂z ∂z 3 ∂ ∂w ∂u ∂ ∂w ∂w + µ + + µ ∂z + ∂y + (∑ ρ i Fi )z ∂x ∂x ∂z ∂y
高等燃烧学
第二章 燃烧物理学基本方程
引言
无论是气体燃料燃烧，还是液体或固体燃料燃烧， 其化学反应总是部分或全部在气相中进行的 燃烧过程总是伴随着气体流动，或者就是在流动系 统中进行的，而且在燃烧过程中涉及多种组分的气 体 从流体力学角度来看，研究燃烧问题，就是研究多 组分的带化学反应的流体力学问题
分子输运基本定律
牛顿（Newton）粘性定律
∂u ∂ ( ρu ) τ = −νρ = −ν ∂y ∂y
运动粘性系数（也 称运动粘度）
∂u τ = −µ ∂y
(N / m2 )
两种粘性系数的关系：
µ = νρ
分子输运基本定律
傅立叶（Flouier）导热定律
在流体流层之间存在温度差时，流体层之间 就存在导热，单位时间、单位面积的导热量与温 度梯度成正比。
二维平板边界层的守恒方程：
[
]
[
]
[
]
∂u 2 ∂v 2 ∂w 2 Φ = 2 µ + + ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v 2 ∂v ∂w 2 ∂w ∂u 2 2 ∂u ∂v ∂w 2 + µ + + + ∂y ∂x ∂z ∂y + ∂x + ∂y − 3 µ ∂x + ∂y + ∂z
物理参数 传输定律 牛顿粘性定律（动量传输） 傅立叶导热定律（能量传输） 费克扩散定律（质量传输） F D P
τ
q J
ν
a D
ρu ρcpT
C
分子输运基本定律
输运系数之间的关系
Prandtl数： Pr=ν/a
Schmidt数： Sc= ν/D Lewis数： Le=a/D=Sc/Pr
在燃烧工程中常取为：Pr=Sc=Le=1
∂ (ρu ) ∂ (ρv ) + =0 ∂x ∂y
∂u ∂v ∂ ∂u ∂p ρu + ρv = µ − ∂x ∂y ∂y ∂y ∂x ∂p =0 ∂y
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
∂Ys ∂Ys ∂Ys ∂ ρu + ρv = ρD ∂x ∂y ∂y ∂y
守恒标量的概念
混合物分数
(F / O )st w wF + P 1 + (F / O )st (F / O )st w (F / O )st wO + P 1 + (F / O )st
wF − (F / O )st wO
守恒标量的概念
混合物分数
f
[wF − (F / O )st wO ]M − [wF − (F / O )st wO ]A = [wF − (F / O )st wO ]F − [wF − (F / O )st wO ]A
f > f st : f =
wF , M + (F / O )st wO , A 1 + (F / O )st wO , A
守恒标量的概念
混合物分数 燃烧后各种成分质量分数：
f < f st : wF ,M = 0 f > f st : wO ,M = 0
稀释剂： 燃烧产物：
wO ,M = wO , A
∂ (c p T ) ∂x ∂ (c p T ) ∂y
− ws
ρu
+ ρv
∂ ∂T = λ ∂y + ws Qs ∂y
守恒标量的概念
混合物分数 假设流量为1 kg/s的混合物由两种成分混合而成， 燃料的流量为f kg/s，空气的流量为(1-f) kg/s，则由这种 双流体混合过程产生的混合物的任何外延参数ξ都可以 表示为：
∂C A ∂y
[mol /(m
2
⋅ s)
]
组分A在组分B中的扩散系数 单位时间、单位面积组分A扩散而产生的扩散通量