燃烧学

燃烧学燃烧学是研究燃烧现象、实践和理论的科学。

燃烧是涉及到化学、热力学、传热传质学和流体力学等问题的复杂过程。

燃烧学是研究着火、熄火和燃烧机理的学科。

燃烧是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应，并伴有发光发热的现象。

燃烧不单纯是化学反应，而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。

燃烧学的研究内容通常包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。

远古时代，火的使用使人类从野蛮状态走向文明。

十世纪以前，人们认为物质燃烧取决于一种特殊的“燃素”。

18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。

19世纪，人们用热化学和热力学方法研究燃烧，发现了燃烧热、绝热燃烧温度和燃烧产物平衡成分等重要特性。

20世纪初，苏联化学家谢苗诺夫和美国化学家刘易斯等人发现，影响燃烧速率的重要因素是反应动力学，而且燃烧反应有分枝链式反应的特点，即中间生成物可以加速燃烧过程。

20 世纪20年代，苏联科学家泽利多维奇、弗兰克·卡梅涅茨基和美国的刘易斯等又进一步发现：燃烧现象，无论是着火、熄灭和火焰传播，还是缓燃和爆震等，都是化学反应动力学和传热传质等物理因素的相互作用。

在研究了预混火焰和扩散火焰、层流燃烧、湍流燃烧、液摘燃烧和碳粒燃烧等基本规律之后，人们认识到，控制燃烧过程的主导因素往往不是化学反应动力学，而是流动和传热传质，于是初步形成燃烧理论。

20世纪40～50年代，由于航空、航天技术的发展，使燃烧的研究由一般动力机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等问题中，并取得了迅速的发展。

因此，力学家卡门和中国的钱学森建议用连续介质力学方法来研究燃烧，提出了“化学流体力学”这一名称。

许多人运用粘性流体力学和边界层理论对层流燃烧、湍流燃烧、着火、火焰稳定和燃烧振荡等问题进行了更深入的定量分析。

燃烧学试题及答案燃烧学是研究燃烧现象、燃烧过程及其控制的科学。

以下是一份燃烧学试题及答案的示例，供参考：一、选择题（每题2分，共20分）1. 燃烧的定义是什么？A. 物质与氧气发生的放热反应B. 物质与氧气发生的吸热反应C. 物质与空气发生的放热反应D. 物质与空气发生的吸热反应答案：A2. 燃烧的三个基本条件是什么？A. 燃料、氧气、点火源B. 燃料、氧气、催化剂C. 燃料、空气、点火源D. 燃料、空气、催化剂答案：A3. 以下哪个不是燃烧产物？A. 二氧化碳B. 水蒸气C. 一氧化碳D. 氧气答案：D4. 什么是完全燃烧？A. 燃料完全转化为二氧化碳和水蒸气B. 燃料完全转化为一氧化碳和水蒸气C. 燃料完全转化为一氧化碳和二氧化碳D. 燃料完全转化为水蒸气答案：A5. 什么是不完全燃烧？A. 燃料完全转化为二氧化碳和水蒸气B. 燃料部分转化为一氧化碳和水蒸气C. 燃料部分转化为二氧化碳和水蒸气D. 燃料完全转化为一氧化碳答案：B...二、填空题（每空2分，共20分）1. 燃烧过程可以分为_和_两个阶段。

答案：预混燃烧阶段；扩散燃烧阶段。

2. 燃烧速率是指单位时间内_的质量或体积的减少量。

答案：燃料。

3. 热值是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧时放出的热量，通常分为_和_。

答案：高位热值；低位热值。

4. 燃烧反应的化学方程式通常用_表示。

答案：平衡常数。

5. 燃烧过程中，火焰可以分为_、_和_三个区域。

答案：反应区；氧化区；未反应区。

...三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述燃烧过程中的化学反应类型。

答案：燃烧过程中的化学反应主要包括氧化反应、还原反应和热分解反应。

氧化反应是燃料与氧气结合生成氧化物的过程；还原反应是燃料中的氧化态降低的过程；热分解反应是在高温下燃料分解成更简单物质的过程。

2. 解释什么是燃烧的临界点火温度，并说明其意义。

答案：临界点火温度是指燃料开始自持燃烧所需的最低温度。

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。

第一讲重点：燃烧条件、及燃烧空气量的计算。

绪论燃烧学是研究燃烧的发生、发展和熄灭过程的学科。

一．燃烧学的研究内容燃烧的本质；着火机理、熄火机理；气、液、固体可燃物燃烧特性；燃烧技术（工程燃烧学）；防灭火技术（消防燃烧学）。

二．燃烧学学习的目的和意义2.1 火的作用火被人类掌握和使用以后，为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。

2.2火的危害火一旦失去控制，造成对国民经济的损失，同时，火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏。

火灾还对社会带来不安定因素。

火灾指的是在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象，包括森林、建筑、油类等火灾以及可燃气和粉尘爆炸。

火灾发生的必要条件：可燃物、空气和火源同时存在。

按火灾损失严重程度可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾三类。

下面是几个典型火灾案例。

1998年1月3日，吉林省通化市东珠宾馆发生火灾。

1999年10月30日，韩国仁川市一幢4层楼的地下卡拉OK厅发生火灾，有57人被烧死，71人被烧伤。

2000年12月25日，洛阳东都商厦火灾。

2002年6月16日，位于海淀区学院路20号的“蓝极速”网吧发生火灾。

火灾烟气的组成：（1）气相燃烧产物；（2）未完全燃烧的液固相分解物和冷凝物微小颗粒；（3）未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空气。

火灾烟气中含有众多的有毒有害成分、腐蚀性成分和颗粒物等，加之火灾环境高温、缺氧，导致火灾中很多人因烟气窒息和中毒而死亡。

2.3目的和意义学习研究各种可燃物的着火条件――――防火学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火，减少损失学习研究燃烧烟气特性――――防排烟，减少人员伤亡三、火灾防治措施火灾防治措施有：建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调动社会各界力量投入防灭火。

四、燃烧学的研究对象和方法4．1燃烧学的研究对象燃烧学的主要研究方面：1、燃烧理论的研究。

2、燃烧技术的研究。

第二章燃烧基础知识第一节燃烧的本质与条件一、燃烧的定义在国家标准《消防基本术语·第一部分》GB5907—86中将燃烧定义为：可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟的现象。

燃烧应具备三个特征，即化学反应、放热和发光。

燃烧过程中的化学反应十分复杂。

可燃物质在燃烧过程中，生成了与原来完全不同的新物质。

燃烧不仅在空气(氧)存在时能发生，有的可燃物在其他氧化剂中也能发生燃烧。

二、燃烧的本质近代连锁反应理论认为：燃烧是一种游离基的连锁反应(也称链反应)，即由游离基在瞬间进行的循环连续反应。

游离基又称自由基或自由原子，是化合物或单质分子中的共价键在外界因素(如光、热)的影响下，分裂而成含有不成对电子的原子或原子基团，它们的化学活性非常强，在一般条件下是不稳定的，容易自行结合成稳定分子或与其他物质的分子反应生成新的游离基。

当反应物产生少量的活化中心——游离基时，即可发生链反应。

只要反应一经开始，就可经过许多连锁步骤自行加速发展下去(瞬间自发进行若干次)，直至反应物燃尽为止。

当活化中心全部消失(即游离基消失)时，链反应就会终止。

链反应机理大致分为链引发、链传递和链终止三个阶段。

综上所述，物质燃烧是氧化反应，而氧化反应不一定是燃烧，能被氧化的物质不一定都是能够燃烧的物质。

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，而是氧化链反应中间产物——游离基或原子。

可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的链反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。

三、燃烧的条件(一)燃烧的必要条件燃烧现象十分普遍，但任何物质发生燃烧，都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程。

燃烧过程的发生和发展都必须具备以下三个必要条件，即：可燃物、助燃物(又称氧化剂)和引火源。

上述三个条件通常被称为燃烧三要素。

只有这三个要素同时具备的情况下可燃物才能够发生燃烧，无论缺少哪一个，燃烧都不能发生。

燃烧学基础知识燃烧啊，就是一种很神奇的现象。

简单说呢，就是东西烧起来啦。

你看那蜡烛，火苗一闪一闪的，这就是燃烧。

燃烧得有三个要素，就像三兄弟一样缺一不可。

有可燃物，这就是能烧起来的东西呗，像木头啊，纸张啊，都是可燃物。

要是没有能烧的东西，那还谈什么燃烧呢。

然后呢，得有氧化剂。

在咱们日常生活里，最常见的氧化剂就是氧气啦。

你想啊，在太空里没有氧气，火柴都划不着呢。

这就说明氧气对于燃烧多重要。

可燃物和氧化剂就像两个好伙伴，得凑一块儿才有可能燃烧起来。

还有一个重要的因素就是着火源。

这就像是个导火索，能把燃烧这个事儿给触发了。

比如打火机的火苗，或者是静电产生的火花。

要是没有这个着火源，可燃物和氧化剂就只能干瞪眼，啥事也不会发生。

不同的东西燃烧起来可不一样呢。

像汽油燃烧就特别猛，呼啦一下就着起来了，还能产生很大的能量。

这就是因为汽油这种可燃物本身的性质。

而且燃烧的时候还会产生很多东西，像二氧化碳啊，水啊。

要是燃烧不完全呢，还会有一氧化碳这种有毒的气体冒出来。

这可就不好了，所以燃烧的时候得让它烧得充分一点。

在生活里，燃烧无处不在。

做饭的时候，炉灶里的火在燃烧，这是为了把食物弄熟。

冬天的时候，壁炉里的火烧得旺旺的，能让屋子暖烘烘的。

但是燃烧也得小心呀，要是不小心引发了火灾，那可就麻烦大了。

所以我们得了解燃烧学的基础知识，知道怎么安全地用火。

燃烧的颜色也很有意思呢。

你看那烟花，为啥能有那么多漂亮的颜色呀？这就是因为在烟花里面加了不同的东西，燃烧的时候就会产生不同颜色的光。

像加了钠元素的，燃烧就可能是黄色的光；加了铜元素呢，可能就是绿色的光。

是不是超级酷？燃烧学的基础知识就是这么好玩又实用。

了解了这些，你就会对身边的燃烧现象有更深的认识啦。

不管是看到蜡烛的小火苗，还是大马路上汽车发动机的燃烧，你都能明白其中的门道呢。