吉大燃烧学绪论

工程燃烧学Combustion课程要求Curriculumrequirements•1）课程性质：专业必修课。•Majorcompulsorycourse•2）考核方式：闭卷考试，期末成绩占总成绩70%。作业占15%，文献阅读占5%，实验占10%。•Closed-bookexam，theproportionis70%forfinalexam,15%forassignment，5%forreferencebooksreadingand10%forexperiment,respectively3）参考书Referencebooks•《工程燃烧学》汪军等主编，中国电力出版社。•《燃料及燃烧》韩昭沧主编，冶金工业出版社。•《燃烧学》徐通模主编，机械工业出版社。•《燃烧学导论：概念与应用》（第二版）StephenR.Turns，清华大学出版社•《Combustion（fourthedition)》，IrvinGlassman，RichardA.Yetter，ElsevierPress，2008.•《FundamentalsandTechnologyofCombustion》，FawzyEl-Mahallawy，SaadEl-DinHabik，ElsevierPress，2002.41绪论Introduction1.1燃烧科学的发展Developmentofcombustionscience1.2能源的概念与分类Conceptsandclassification1.3燃烧工程与燃烧设备CombustionEngineeringandEquipment1.4燃烧工程的研究与发展R&DinCombustionEngineering51.1燃烧科学的发展史140~150万年前，“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”Makingfirebyfrictionwasthefirsttimeforhumanbeingstogovernanaturalforcetodistinguishmenandanimalseventually1.4-1.5millionyearsago.燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象－－“火”Burningisthephenomenonthatgivesoutlightandheatbyvigorousoxidationaction.6人类认识火的过程是一个漫长的过程Itisalongperiodoftimeforhumanbeingstogetfamiliarwithfire.7•古代中国的五行：金、木、水、火、土FiveelementsinancientChina:Metal,Wood,Water,FireandEarth.•古埃及的四种元素：火，空气，地球、水FourelementsinancientEgypt:Fire,Air,EarthandWater•古代印度的四大元素：地、水、火、风FourelementsinancientIndia:Earth,Water,FireandWind•古希腊，“单一元素”论者分别认为水、气、火、土为万物之源InancientGreek,itwasthoughtthatwater,air,fireandearthmadeuptheuniversebythesupportersofsingleelement.817世纪末，德国斯塔尔提出了燃素论Stahlproposedphlogistontheoryattheendofthe17thcentury.1772年，法国科学家拉瓦锡认为燃烧是一种化学现象（空气中某种物质）Lavoisierthoughtthatburningwasachemicalphenomenonin1772.1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的正确的燃烧学说得到确立，开始了揭开燃烧学本质的过程。PriestleyfoundoxygenwhichprovedtheLavoisier’sin1774.Itdisclosedtheessenceofcombustion919世纪，人们将燃烧作为热力学平衡体系来研究，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。Inthe19thcentury,burningwasstudiedasathermodynamicequilibriumsystem,whichclarifiedtheimportantthermodynamicscharacteristicsinburningprocess.20世纪30年代，美国化学家刘易斯和俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究，认为化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，初步奠定了燃烧理论的基础。Inthe1930s,chemistLewis(American)andSemenov(Russian)introducedchemicalkineticsmechanismintocombustionresearch,andthoughtthatchemicalreactionkineticswastheimportantfactorinfluencingtheburningrate,whichlaidthefoundationofcombustiontheory.1030～50年代，人们认识到燃烧是化学反应动力学、气体流动、传热、传质等物理因素的综合作用。冯.卡门、钱学森提出用连续介质力学研究燃烧—“反应流体力学”。•In1930~1950s,peoplerecognizedburningwasasyntheticactionwhichincludedchemicalreactionkinetics,gasflow,heattransferandmasstransfer.VonKarmanandQianxuesenproposedcontinuummechanicstostudyburning-reactionoffluidmechanics.•Spalding20世纪60年代后首先得到了层流边界层燃烧过程控制微分方程数值解，此后引入湍流模型，形成了“计算燃烧学”。•By1960s,Spaldinggotthenumericalsolutionsforcontroldifferentialequationsoflaminarboundarylayerincombustionprocess,afterwhichturbulencemodelswereintroducedandcomputationalcombustion”wasformed.1.2能源的概念与分类Conceptsandclassification•能量是物质运动及作功本领的一种量度，对应物质的不同运动形式有不同形式的能量。物体具有能量，就具有作功的本领。Powercapacityisthemagnitudeofmotionandworkingabilityofthematter.•能源：为人类提供各种形式能量的自然资源。是包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类采用适当的转换手段，给人类自己提供所需的能量。Energysources:naturalresourceswhichprovidevariousformsofenergyformankind.•能源科学：有关认识、开发、利用能源的科学知识体系。Energyscience:scientificknowledgesystemwhichisaboutunderstanding,developingandutilizingofenergy.•能源是人类生存和发展须臾不能离的物质基础。国家的能源结构、能源政策、能源储备不仅与人民日常生活息息相关，也维系着国家安全和命运。Energyisthematerialbasisofsurvivalanddevelopmentforhuman,whichisessentialtoourdailylivesandsecurityofournation.从物理学的角度看Fromthepointofviewofphysics•认识和开发能源是通过实验和理论上的探索发现新的储能方式和储能物体。Newwayofenergystorageandnewenergystorageobjectswereexploitedandfoundbyunderstandinganddevelopingofenergythroughexperimentandtheoreticalmethods.•利用能源是使能源储存的能量转换为其它形式储存的能量，并在转换过程中获所需的功。Usingenergyisthetransformationofenergy,duringwhichworkisobtained.分类Classification•地球上的能源按来源可分为三类：来自地球以外的,地球本身的,地球与其他天体的相互作用。Theenergyontheearthcanbedividedintothreecategoriesaccordingtothesource:fromoutsideoftheearth,fromtheearthitself,andfromtheinteractionbetweentheearthandothercelestialbodies.•第一类是来自地球外天体的能量，主要是太阳辐射能,传统能源煤、石油、天然气、生物质能。Thefirstcategoryisfromoutsideoftheearth,includingsolarradiantenergy,traditionalenergysourcessuchascoal,oil,naturalgas,biomassenergy.•第二类是地球本身蕴藏的能量。如地球内部的地热能，地壳中保留的核燃料（铀、钍、锂等）所储存的核裂变能，海洋中氘、氚储存的核聚变能等。Thesecondcategoryistheenergyoftheearthitself.Suchasgeothermalenergy,nuclearenergybynuclearfissionofthefuelinthecrust(uranium,thorium,lithium,etc.),fusionofdeuteriumandtritiumstoredintheocean.•第三类是由于地球和月亮、太阳等天体相互作用所产生的能量，如风能、潮汐能等。Thethirdcategoryistheenergyfromtheinteractionbetweentheearthandthemoon,thesunandotherobjects,suchaswindenergy,tidalpower,etc.•按能源是否可从自然界得到补充，又可分为可再生能源和非再生能源两大类。Basedonwhetheritcanbesupplementedbythenature:renewableenergyandnon-renewableenergy•太阳能、水能、生物质能（柴草）、风能、潮汐能、地热等可以从自然界得到补充，称为可再生能源。Solar,hydroenergy,biomass(firewood),windenergy,tidalenergyandgeothermal,etc.arecalledrenewableenergy.•煤炭、石油、天然气等化石燃料，铀、钍等核燃料是亿万年前地壳运动形成，用一点少一点，称为非再生能源。Coal,oil,naturalgasandotherfossilfuels,uranium,thoriumandothernuclearfuelwhichwereformedbythecrustmovementmillionsofyearsagoareknownasnon-renewableenergy.•按照能源转换和利用的层次，能源分为一次能源、二次能源Energysourcesa