燃燒學(xué)重點(diǎn)知識(shí)

1、4燃燒理論基礎(chǔ)4.1燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)基礎(chǔ)1、單相反應(yīng)：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)物與生成物屬同一物態(tài)。2、多向反應(yīng)（異相反應(yīng)）：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)物與生成物不屬與同一物態(tài)。3、濃度：?jiǎn)挝惑w積中所含某物質(zhì)的量。摩爾濃度：質(zhì)量濃度：摩爾相對(duì)濃度：質(zhì)量相對(duì)濃度：4、標(biāo)準(zhǔn)生成焓、反應(yīng)焓、燃燒焓、顯焓、絕對(duì)焓（P98-100）5、化學(xué)反應(yīng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，反應(yīng)物（或生成物）濃度的變化量。其單位為：kg/(m3s)、 kmol/(m3s)、 分子數(shù)/(m3s) 例：a、b、c、d為對(duì)應(yīng)于反應(yīng)物A、B和產(chǎn)物C、D的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)反應(yīng)速率可以表示為： 化學(xué)反應(yīng)速率與計(jì)量系數(shù)之間有如下關(guān)系： 化學(xué)反應(yīng)速率的三種表示方法：

2、反應(yīng)物的消耗速度、生成物的生成速度、r為反應(yīng)速度 影響化學(xué)反應(yīng)的因素：（溫度、活化能、壓力、濃度、可燃混合氣的配比、混合氣中的惰性成分）1. 濃度：濃度越大，反應(yīng)速度越快。2. 壓力：對(duì)于氣體燃料，壓力升高，體積減少，濃度增加，反應(yīng)速度加快。（壓力對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響與濃度相同。）3. 溫度：溫度增加，反應(yīng)速度近似成指數(shù)關(guān)系增加，體現(xiàn)在反應(yīng)速度常數(shù)。阿累尼烏斯定律： 常數(shù)，頻率因子，由實(shí)驗(yàn)確定；R通用氣體常數(shù)，8.28kJ/molK，1.98kcal/molK；E活化能，J/mol，由實(shí)驗(yàn)確定n 氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)能有大有??；n 在相同溫度下，分子的能量不完全相同，有些分子的能量高于分子的

3、平均能量，這樣的分子稱為活化分子（自由基、活化中心、活化絡(luò)合物、中間不穩(wěn)物）n 化學(xué)反應(yīng)中，由普通分子到達(dá)活化分子所需最小能量-活化能E；（討論活化能對(duì)反應(yīng)速率影響，通過(guò)阿累尼烏斯定律）n 阿累尼烏斯定律反應(yīng)了溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響； 阿累尼烏斯定律是實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果；并不是所有的化學(xué)反應(yīng)都符合阿累尼烏斯定律。4. 反應(yīng)物濃度：在其他條件不變的情況下，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越大。5. 混合氣體：取決于可燃?xì)馑冀M分，可燃?xì)馑冀M分越多，反應(yīng)速率越快。 化學(xué)當(dāng)量比：燃料與空氣剛好完全燃燒時(shí)，空氣與燃料的質(zhì)量比。化學(xué)反應(yīng)的分類(lèi)：1. 物態(tài)：?jiǎn)蜗喾磻?yīng)、多相反應(yīng)2. 基元反應(yīng)（分子數(shù)分）：?jiǎn)畏肿臃磻?yīng)、雙

4、分子反應(yīng)、三分子反應(yīng)（P102）3. 反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜程度：簡(jiǎn)單反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)4. 反應(yīng)級(jí)數(shù)：1級(jí)反應(yīng)、1.5級(jí)反應(yīng)、2級(jí)反應(yīng)5. 基元反應(yīng)：能夠一次完成的反應(yīng)，即反應(yīng)物的粒子只經(jīng)過(guò)一次分子間的碰撞而實(shí)現(xiàn)的化學(xué)變化。6. 總反應(yīng)：（P102） 質(zhì)量作用定律：一組化學(xué)組分消失的速率與各反應(yīng)物濃度以其化學(xué)計(jì)量系數(shù)冪函數(shù)的乘積成正比。（只適用于基元反應(yīng)） k:反應(yīng)速率常數(shù)或比反應(yīng)速度，不同的反應(yīng)有不同的k，其大小直接反映了速度的快慢和反應(yīng)的難易，并取決于反應(yīng)溫度及反應(yīng)物的物理化學(xué)性質(zhì)。 化學(xué)平衡常數(shù)： 對(duì)于可逆反應(yīng)：正反應(yīng)速度：逆反應(yīng)速度：化學(xué)平衡：（化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)物與產(chǎn)物的濃度均不變，但反應(yīng)

5、沒(méi)有停止。）化學(xué)平衡常數(shù)：（kf, kr取決于反應(yīng)溫度及反應(yīng)物的物理化學(xué)性質(zhì)） 化學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)：實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度之間存在著一定量的關(guān)系。 kn：反應(yīng)的比反應(yīng)速度常數(shù)； x+y:反應(yīng)級(jí)數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定?；瘜W(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)與反應(yīng)分子數(shù)的區(qū)別：· 反應(yīng)的級(jí)數(shù)按實(shí)驗(yàn)測(cè)定的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)確定，而反應(yīng)的分子數(shù)則根據(jù)引起反應(yīng)所需的最少分?jǐn)?shù)目來(lái)確定；· 簡(jiǎn)單反應(yīng)的級(jí)數(shù)常常與反應(yīng)式中作用物的分子數(shù)相同；復(fù)雜反應(yīng)，反應(yīng)物或生成物的凈反應(yīng)速度與其反應(yīng)機(jī)理相關(guān)，其某一化合物的凈反應(yīng)速度應(yīng)是該化合物在各個(gè)基元反應(yīng)中的消耗速度與生成速度的代數(shù)和。4.2活化分子碰撞理論 在簡(jiǎn)單反應(yīng)中，由于反應(yīng)物中

6、存在著大量作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的分子，它們之間會(huì)發(fā)生碰撞。當(dāng)碰撞能破壞反應(yīng)物原有分子鍵結(jié)構(gòu)，生成新鍵時(shí)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。 只有相互碰撞的分子所具有的能量超過(guò)一定反應(yīng)能級(jí)水平時(shí)才能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，這一能級(jí)稱為活化能。 分子之間需要通過(guò)碰撞才能引起化學(xué)反應(yīng)；不是所有的碰撞都會(huì)發(fā)生反應(yīng)；發(fā)生反應(yīng)所需的臨界能量叫活化能。 能量大于活化能的分子為活化分子；活化分子間的碰撞可以發(fā)生反應(yīng)；單位時(shí)間內(nèi)碰撞次數(shù)越多，反應(yīng)速率越快；活化能越小，物質(zhì)的化合能力越強(qiáng)。4.3鏈鎖反應(yīng)理論鏈鎖反應(yīng)：P112鏈鎖反應(yīng)的三個(gè)基本步驟：ü 鏈的形成（引發(fā)）ü 鏈的增長(zhǎng)（發(fā)展）ü 鏈的中斷（終止）鏈鎖反應(yīng)分兩大

7、類(lèi)：ü 直鏈反應(yīng)（不分枝鏈鎖反應(yīng)）ü 分支鏈反應(yīng)（分枝鏈鎖反應(yīng)）鏈的引發(fā)（形成）：由反應(yīng)物分子生成最初活化中心的過(guò)程。（穩(wěn)定物質(zhì)，生成活化分子過(guò)程）鏈的傳播（增長(zhǎng)）：活性中間產(chǎn)物與原物質(zhì)作用產(chǎn)生新的活性中間產(chǎn)物的過(guò)程。（消耗一個(gè)活化分子，又產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)活化分子）鏈的增長(zhǎng)可以是直線、不分枝式，也可以是分枝式，即： 直鏈反應(yīng)：一個(gè)活化分子參與反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)活化分子分枝鏈反應(yīng)：一個(gè)活化分子參與反應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)活化分子 鏈的中斷：活化分子消失成穩(wěn)定物質(zhì)的過(guò)程。5氣體燃料的燃燒5.1氣體燃料燃燒原理及特點(diǎn)1、單相（同相、均相）反應(yīng)：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)物與生成物屬同一物態(tài)。2、多向反應(yīng)（異相

8、反應(yīng)）：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)物與生成物不屬與同一物態(tài)。3、氣體燃料的燃燒過(guò)程包括三個(gè)階段：燃?xì)夂涂諝獾幕旌想A段 、混合后可燃?xì)怏w混合物的加熱和著火階段、完成燃燒化學(xué)反應(yīng)階段。 全預(yù)混燃燒（無(wú)焰燃燒、動(dòng)力燃燒）4、兩種類(lèi)型 預(yù)混燃燒：半預(yù)混燃燒擴(kuò)散燃燒（有焰燃燒） 一次空氣系數(shù)：燃燒前已與燃?xì)饣旌系目諝饬颗c該燃?xì)馊紵睦碚摽諝饬恐取?當(dāng)一次空氣系數(shù)大于0而小于1時(shí)，稱為半預(yù)混燃燒； 當(dāng)一次空氣系數(shù)大于或等于1時(shí)，稱為全預(yù)混燃燒 預(yù)混燃燒：如果燃?xì)馀c空氣預(yù)先混合后，再送入燃燒室燃燒，這種燃燒成為預(yù)混燃燒。 擴(kuò)散燃燒：如果燃?xì)馀c空氣不預(yù)先混合后，而是通過(guò)各自管道送入燃燒室燃燒，此時(shí)燃?xì)鈨?nèi)部無(wú)一次空氣，

9、這種在燃燒室內(nèi)邊混合邊燃燒的方式稱為擴(kuò)散燃燒。5.2預(yù)混可燃?xì)怏w的著火與燃燒1、預(yù)混可燃?xì)怏w的燃燒過(guò)程兩個(gè)基本階段：著火階段、著火后的燃燒階段2、預(yù)混可燃?xì)怏w的著火方法：點(diǎn)燃 自燃 熱自燃： 鏈鎖自燃：預(yù)混燃燒的特點(diǎn)：P135爆炸式化學(xué)反應(yīng)3.熱自燃理論：Ø 某一反應(yīng)體系在初始條件下，進(jìn)行緩慢的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生熱量，同時(shí)向環(huán)境散熱，當(dāng)產(chǎn)生的熱量大于散熱時(shí)，體系的溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生更多的熱量，反應(yīng)體系的溫度進(jìn)一步升高，直至著火燃燒。Ø 自熱體系著火成功與否取決于其放熱因素和散熱因素的相互關(guān)系。Ø 發(fā)生熱自燃時(shí)的溫度稱為熱自燃溫度或著火溫度。

10、16; 理論燃燒溫度：當(dāng)燃?xì)馔耆紵龝r(shí)，燃?xì)鉁囟冗_(dá)到最高值Tmax，稱為理論燃燒溫度（絕熱燃燒溫度）Ø 預(yù)混氣體在絕熱條件下的熱自然：絕熱熱自然條件：上式的物理意義：只有當(dāng)溫度升高而使反應(yīng)速度的增加速率超過(guò)因燃料消耗而引起反應(yīng)速度下降速率時(shí)，預(yù)混合可燃?xì)怏w在絕熱條件下才會(huì)發(fā)生熱自燃。絕熱過(guò)程不是引起熱自燃的充分條件。只要過(guò)程開(kāi)始后，反應(yīng)物濃度足夠大，初始溫度較高，雖初始反應(yīng)速度較低，但隨后的反應(yīng)速度總會(huì)不斷增大，并導(dǎo)致熱自燃著火。Ø 預(yù)混氣體在散熱條件下的熱自然：反應(yīng)放熱：向環(huán)境散熱：著火取決于放熱量與散熱量的相互關(guān)系及其隨溫度而增長(zhǎng)的性質(zhì)。Ø 預(yù)混氣體在散熱條件

11、下的熱自然：Ø 預(yù)混氣體在散熱條件下的不同To時(shí)的熱自燃：TB ² A點(diǎn)：低溫區(qū)穩(wěn)定點(diǎn)，其絕對(duì)值太低，熄滅狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)反應(yīng)速率很小的緩慢氧化工況。² B點(diǎn)：著火點(diǎn)（臨界點(diǎn)）有波動(dòng)要么回到B點(diǎn)，要么著火² C點(diǎn)：高溫非穩(wěn)定點(diǎn)，兩種發(fā)展方向，對(duì)熱自燃而言不可能出現(xiàn)的工況。² 著火溫度（著火點(diǎn)B對(duì)應(yīng)溫度）：指在一定的混合物壓力P和一定的壁溫To下引起自燃著火的最低溫度。² 線：Q1Q2，沒(méi)交點(diǎn)，著火² 線（Q）：Q1Q2，一個(gè)切點(diǎn)，特定系統(tǒng)的臨界散熱直線。² 熱自燃著火的臨界條件:² 系統(tǒng)發(fā)生熱自燃的條件：

12、Q1Q2² 著火臨界溫度的影響因素：僅能在T0=T0時(shí)才能實(shí)現(xiàn)臨界自燃著火，即TB與T0有關(guān)。T0越低，著火溫度越低。增加散熱后，自燃條件被破壞。有利著火燃料活性強(qiáng)（E小或k0大）易著火T0 容易著火² 著火感應(yīng)期ti ：指預(yù)混可燃?xì)怏w從初始溫度加熱到著火溫度TB所需時(shí)間。（當(dāng)可燃?xì)怏w的溫度、壓力、燃?xì)鉂舛壬邥r(shí)感應(yīng)期可縮短，有利于著火和燃燒性能的改善）4.點(diǎn)燃理論點(diǎn)燃與熱自燃的區(qū)別： 熱自燃整個(gè)混合氣的溫度較高，反應(yīng)和著火在容器的整個(gè)空間進(jìn)行的。點(diǎn)燃使混合氣的部分氣體受到高溫點(diǎn)火源的加熱而反應(yīng)，然后向空間傳播。 點(diǎn)燃溫度一般高于自燃溫度、 點(diǎn)燃不僅取決于熾熱體附近局部氣體

13、是否著火，且還取決于該著火能否被傳播。 點(diǎn)燃方法：熾熱物點(diǎn)燃、電火花或電弧點(diǎn)燃、 小火焰點(diǎn)燃、壓縮點(diǎn)燃、高溫氣體點(diǎn)燃。影響著火濃度界限（可燃極限）的因素：P1431、壓力 p 可燃極限2、流速 w 著火范圍變窄3、可燃混合物初溫 T0 著火范圍變小4、摻入其它物質(zhì)預(yù)混可燃?xì)怏w的燃燒 當(dāng)可燃混合氣的某一局部點(diǎn)燃著火時(shí)，將形成一個(gè)薄層火焰面，火焰面產(chǎn)生的熱量加熱鄰近層的混合氣，使其溫度升高至著火溫度而發(fā)生燃燒。這樣一層一層地著火燃燒，把燃燒擴(kuò)展到整個(gè)混合氣，稱為火焰?zhèn)鞑?根據(jù)流動(dòng)狀況，預(yù)混燃燒可以分為層流燃燒和湍流燃燒兩種 層流燃燒:Ø 火焰前鋒：正在進(jìn)行激烈發(fā)光反應(yīng)，同時(shí)發(fā)出光和熱的氣

14、體薄層（溫度最高）Ø 火焰前鋒特點(diǎn)：P147Ø 層流流動(dòng)下火焰前鋒沿法線方向相對(duì)于新鮮混合氣的移動(dòng)速度稱為“正常傳播速度”或“層流傳播速度”Ø 層流火焰?zhèn)鞑ダ碚? 熱力理論：火焰中化學(xué)反應(yīng)主要是由于熱量的導(dǎo)入使分子熱活化而引起的，所以火焰前沿的反應(yīng)區(qū)在空間中的移動(dòng)決定于從反應(yīng)區(qū)向新鮮預(yù)混可燃?xì)怏w傳熱的傳導(dǎo)率。 擴(kuò)散理論：火焰中的化學(xué)反應(yīng)主要是由活化中心向新鮮預(yù)混可燃?xì)怏w擴(kuò)散，促使其鏈鎖反應(yīng)發(fā)展所致。熱力理論不否認(rèn)火焰中有活化中心存在和擴(kuò)散，但認(rèn)為活化中心的擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速度的影響不是主要的。熱力理論與實(shí)際較為接近。Ø 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?ü 層流火焰

15、傳播速度與預(yù)混可燃?xì)怏w的熱擴(kuò)散系數(shù)a的平方根成正比，與平均化學(xué)反應(yīng)時(shí)間t 的平方根成反比ü 火焰前鋒面厚度d與火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸煞幢?#216; 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩兀?#252; 可燃?xì)怏w混合物的性質(zhì)ü 燃料分子的結(jié)構(gòu)ü 過(guò)量空氣系數(shù)ü 可燃混合氣的壓力ü 可燃混合氣的初始溫度ü 混合氣中的惰性氣體湍流燃燒:² 湍流火焰與層流火焰的區(qū)別：P151層流：火焰鋒面光滑，火焰前鋒厚度很薄，火焰?zhèn)鞑ニ俣刃?。湍流：火焰長(zhǎng)度縮短，火焰前鋒變寬，并有明顯的噪聲，火焰前鋒不再是光滑的表面，而是抖動(dòng)的粗糙表面，火焰?zhèn)鞑タ臁?²

16、湍流火焰?zhèn)鞑ダ碚摚喊櫿郾砻嫒紵碚?、容積燃燒理論² 三種湍流火焰：P152² 為什么紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?？?）湍流流動(dòng)使火焰變形，火焰表面積增加，因而增大了反應(yīng)區(qū)；（2）湍流加速了熱量和活性中心的傳輸，使反應(yīng)速率增加，即燃燒速率增加；（3）湍流加快了新鮮氧氣和燃?xì)庵g的混合，縮短了混合時(shí)間，提高了燃燒速度。 ² 湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐T的影響因素:P154更好Ø 可燃混合物濃度的影響：與層流相似，存在前沿傳播的濃度界限和最大傳播速度Ø Re的影響：Re越大，最大傳播速度越大。氣流速度增加，最大傳播速度顯著增加Ø 可燃混合物的初始溫度：初

17、始溫度越高，傳播速度越大² 均相預(yù)混氣體火焰的穩(wěn)定 火焰穩(wěn)定的兩個(gè)基本條件P155火焰根部必須有一個(gè)有足夠能量的固定點(diǎn)火源必須滿足余弦定理² 什么是回火、脫火？穩(wěn)定及相應(yīng)措施P155、P394、P396² 火焰穩(wěn)定器：P157 氣體燃料的擴(kuò)散燃燒：Ø 擴(kuò)散燃燒特點(diǎn)：P58Ø 層流擴(kuò)散燃燒：P159Ø 影響擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度的因素：P160Ø 燃燒器：P1626液體燃料的燃燒6.1液體燃料的燃燒原理² 液體燃料的燃燒方式：主要為擴(kuò)散燃燒² 液體燃料的燃燒過(guò)程：先蒸發(fā)氣化為油蒸汽，進(jìn)而進(jìn)行均相燃燒。（1、霧化2、蒸

18、發(fā)3、摻混4、燃燒）² 液體燃料燃燒特點(diǎn)：1、擴(kuò)散燃燒 2、非均相燃燒² 液體燃料與氣體燃料的不同點(diǎn)：液體燃料在與空氣混合之前存在著蒸發(fā)氣化過(guò)程² 液體燃料在在著火燃燒前發(fā)生蒸發(fā)與氣化的特點(diǎn)，可將其燃燒分為，液面燃燒、燈芯燃燒、蒸發(fā)燃燒、霧化燃燒。² 燃油霧化燃燒：Ø 油的霧化Ø 油滴的蒸發(fā)Ø 油滴的燃燒過(guò)程² 霧化燃燒：用霧化器將燃油分裂成許多微小而分散的油滴，以增加燃油單位質(zhì)量的表面積，使其能和周?chē)臻g的氧化劑更好地進(jìn)行混合，在空間達(dá)到迅速和完全的燃燒。² 霧化的方法可分為機(jī)械式霧化和介質(zhì)式霧化。² 液體燃料霧化的目的（為什么用霧化、為什么說(shuō)霧化過(guò)程是液體燃料燃燒的關(guān)鍵）：（P185）² 霧化性能及質(zhì)量的評(píng)定主要指標(biāo)：（P185）² 霧化過(guò)程的幾個(gè)階段：（P185）² 霧化角等概念（P186-P191好好看看）² 常用霧化方式及裝置：機(jī)械霧化、介質(zhì)霧化、混合式霧化、組合式霧化。² 配風(fēng)器的作用（任務(wù)）：P195² 配風(fēng)原理及配風(fēng)器應(yīng)該滿足的要求：P196-P197² 合理的穩(wěn)焰技術(shù)：P203² 對(duì)于重油燃料，燃