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。7、何谓链反应，它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？（P19）链锁反应是化学动力学中的一类特殊的反应，这类反应只要用某种方式使该反应引发，则他便能相继发生一系列连续反应，使反应自动发展下去。分类：分支链反应和不分支链反应阶段：1）链的引发：由反应物分子生成自由基反应；2）链的传递：自由基与分子相互作用的交替过程；3）链的终止：自由基被消除，包括自由基与自由基的碰撞，自由基与反应器壁的碰撞。8、何谓分支链反应，分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？（P21）1)反应物在一定温度传热系统中，分子碰撞使部分分子完成放热反应，放出的燃烧热提高反应系统中的温度，从而加速反应速度。反应系统处于一种正反馈的加热、加速反应过程。当反应速度趋于无穷大，就产生爆炸。2)支链反应于单一的反应有所不同，在支链反应中每个自由基原子参加反应可产生两个自由基原子，这些自由基原子有参加直链或支链反应，从而产生更多的自由基原子，迅速加快反应速度，最快可达到爆炸程度。9、一般反应发生爆炸主要原因是什么？（P21）1)由于反应的放热，而热又得不到及时的散发，造成了热的积累，使得反应进一步加快，如此循环，最后直至爆炸。2）由于存在有支链反应造成了爆炸。10、热爆理论的局限性体现在什么地方？（PPT）1）只是描述了过程的始末，没有涉及其所经历的过程。2）热爆炸理论对于许多反应、燃烧现象无法解释，有其局限性。如燃烧半岛、倒S图。11、Arrhenius定律的内容是什么？（它考察了比反应速度与温度的关系），某反应从500K到510K化学反应速度增长了一倍，试求其活化能为多少？阿伦尼乌斯定律：k=koe-Ea/RT反应速度常数的大小取决于反应活化能的大小、反应温度的高低以及频率因子的大小。反应速度与温度呈指数关系。12、温度、压力对燃烧平衡反应的影响？(P27)温度：对化学平衡常数的影响——范特霍夫(Van’tHoff)方程：吸热反应：△Ho0，K随T升高而增大。放热反应：△Ho0，K随T升高而减小，T升高不利。压力：对于体积增加的反应，当压力增大时，K减小，反应向左移动，不利于向反应物生成的方向进行；对于体积减小的反应，当压力增大时，K增大，反应向右移动，利于向反应物生成的方向进行；总之，压力增加，有利于反应向体积缩小的方向进行。支链反应和分支链反应反应速度与时间的关系：在等温条件下，一开始，反应速度迅速升高，在这段时间积累了较高的游离基活性中心，当游离基浓度达到平衡时，进一步反应，反应物浓度下降，反应速度也下降。因此，在等温条件下，不分支链反应不会无限制加速反应，即反应不会发展成爆炸。在等温条件下，一开始，反应速度较慢，有一个感应期，积累活性中心，当活性中心达到一定浓度，则反应速率迅速提高，是自加速的。因此对于分支链反应，等温条件下，也会发展成爆炸反应。①光化学烟雾（洛杉矶型烟雾）一般发生在大气相对湿度较低、气温为24～32℃的夏季晴天，与大气中NO、CO、碳氢化合物等污染物存在分不开。②硫酸烟雾（伦敦型烟雾）SO2在相对湿度比较高、气温比较低、并有颗粒气溶胶存在时发生的。第二章燃烧物理基础1、为什么多组分气体体系性质研究是燃烧物理过程研究的基础？①燃烧化学反应的发生必须具备一定的条件，如燃烧时物质的浓度及其温度，这便与气体运动、分子扩散、热量传递等物理因素有关。②燃烧是气体、液体、固体燃料与氧化剂之间一种猛烈氧化还原反应，不管哪种燃料，反应总是全部或部分在气相中进行。燃烧过程总是伴随着流动和火焰传播，有的燃烧问题就是在流动系统中发生的。2、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）。1）动量传输－牛顿粘性定律（Newton）作用在单位面积上的剪切力与其速度成正比与相隔距离成反比结论：粘性是动量交换的必要条件。由速度梯度变为动量梯度（为流体动量，kg/m2s）2）能量传输－富里埃导热定律（Fourier）单位时间内通过单位面积上热流量与温度差成正比与距离成反结论：热扩散是能量交换的必要条件。由温度梯度变为焓的梯度。3.质量传输－费克组分扩散定律（Fick）单位时间t，单位面积s，质量扩散与浓度成差正比，与距离成反比。结论：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。0lnHKconstpRT02lnpKHTRT3、连续性（质量守恒）方程是怎样建立的？在单位时间，微元体单位体积内流入与流出的质量差与该微元体质量的改变量之和为零。4、动量方程的基础是什么？动量守恒方程是怎样得到的？动量守恒方程的基础是牛顿第二定律。牛顿第二定律的建立：微元体的动量变化率＝作用在微元体上的外力矢量之和。5、能量守恒方程的基础是什么？能量守恒的实质是热力学第一定律。即微元体内能量的增加等于外界传给微元体的热量与外界力对微元体做的功之和:dE=dQ+dW6、组分扩散方程推导过程怎样？根据质量守恒原理，任一组分：净变化量=净流出量+净扩散量+化学消耗量。①由流体宏观运动引起的组分的质流量（kg/s），对流量。②分子扩散运动的质流量（扩散量）。③由于燃烧引起的组分生成和消耗。④密度变化引起组分j的质量变化。7、普朗特边界层理论的假设包括哪几个方面？1）在边界层内，垂直壁面的流动速度比平行壁面的速度小得多，Vy《Vx。2）平行于壁面的速度梯度、温度梯度和组分浓度梯度比垂直于壁面的各相应梯度小得多。3）垂直于壁面的压力梯度很小，几乎为0。8、Stefen流问题的概念？产生Stefen流的条件是什么？界面处的物理化学过程也会消耗或产生某种组分，于是在扩散和物理化学过程的共同作用下，在界面处就会产生一个总体的法向物质流，称为斯蒂芬流。Stefen流发生充要条件：在相界面上既有物理化学过程又有扩散过程，只有两者的共同影响下才会产生Stefen流。多组分气体流过惰性表面（有扩散无物化过程）或在真空中蒸发（有相变物理过程无扩散）都不会产生Stefen流。第三章/第四章1、高热值和低热值的区别？根据燃烧产物中水的状态，可分为高位发热量和低位发热量。高位发热量（Qgr）：即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。低位发热量（Qnet）：是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，扣除煤中水分（煤中有机质中的氢燃烧后生成的水，以及煤中的游离水和化合水）的汽化热，剩下的是实际可以使用的热量。2、常见的矿物燃料及其衍生物有哪些？3、何谓煤的元素分析法，煤的可燃元素包括哪些，收到基和空气干燥基表达方式。根据煤的元素分析法，煤由可燃物(C、H、S、O、N等元素)和不可燃的矿物质(A)和水分(M)组成，用下式表示：C+H+O+S+N+A+M=100%收到基：以进入燃烧设备前的工作燃料为基准，包括全部水分和灰分，反应了煤的实际应用成分，常用于燃烧计算。可表示为：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空气干燥基:在室温20℃，相对湿度60%的正常环境中放置煤样，以除去水分，使煤样中只留下一定量的稳定水分。常用于试验分析，避免了试验中水分的变化问题。可表示为：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%种类天然燃料人工燃料固体燃料泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩焦碳、粉煤液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油、渣油气体燃料天然气、石油拌气、矿井气高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气4、燃料氧化反应中，如何确定完全燃烧时的所需的理论空气量？单位质量或体积的燃料完全燃烧所需要的最少空气量。在这种情况下，燃烧产物中既没有多余的氧气也没有任何可燃物存在。Vo=Lo/1.293=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar5、何谓奥氏烟气分析方法，其中KOH和焦性没食子酸分别用于吸收烟气中何种组分？P77奥氏烟气分析器是一种简易烟气分析器，结构简单，携带方便，主要由三个吸收烟气组分用的吸收瓶组成，装在一个木箱内。KOH（NaOH）溶液——吸收烟气中的CO2与SO2。焦性没食子酸C6H3（OH）3的碱性溶液——吸收烟气中的氧（同时亦吸收RO2）氯化亚铜的氨溶液Cu（NH3）2Cl——吸收烟气中的一氧化碳（同时亦吸收O2）6、过量空气系数（α）与当量比(φ)的概念？试验燃烧设备中，由于燃料和空气混合不完善，不能达到理想的混合状态，因此燃料完全燃烧所需要的空气量比理论空气量大，实际空气量Vα与理论空气量V°之比值称为过量空气系数，用α表示。一般情况下α大于1，其值大小与燃料性质和燃烧方法有关。完全燃烧：对不完全燃烧，考虑到烟气中还有CO、H2、CH4等可燃气体，因此有7、绝热燃烧温度的计算方法？燃料在稳态绝热完全燃烧条件下，输入的全部热量用来提高燃烧产物的温度，则该温度称为理论燃烧温度或绝热燃烧温度。（公式：书P844-56）8、提高理论燃烧温度的途径。1）、燃料种类:Qarnet.p越高。tll也高，但不能理解为线性关系，因为还取决于燃烧产物tll∝Qarnet.p/Vy2)、过量空气系数：，Vy，tll。最高理论燃烧温度位于略小于1的地方。3)、空气中含氧浓度：含氧浓度升高，惰性气体减小，tll。4)、预热空气与燃料：预热燃料和空气可以增大于其显热，从而提高燃烧温度。▲煤是一种非常复杂的物质，不能用分子式来表示。煤的组成以有机质为主体，煤中有机质主要由碳、氢、氧及少量的氮、硫、磷等元素构成。目前常用两种方法表示煤的化学成分：元素分析法、工业分析法煤的地质年代越长，H含量越少。煤中O的含量随地质年代的增长而减少。第五章1、着火过程由什么因素控制的？着火和熄火均受化学动力学控制。凡有利于提高化学反应速度的，着火成功率就高；反之熄火快。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、自发着火与强制着火的区别是什么？自热自燃：内部蓄热，超过自燃点，是瞬间整体着火。强迫着火：是外部点燃，局部点着火，然后扩散传播整体着火。即时、快捷着火是