[西安交大燃燒學(xué)課件]燃燒學(xué)習(xí)習(xí)題答案

1、燃燒學(xué)復(fù)習(xí)題參考答案集 2009 / 1 / 9 第一章 化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)1、 我國目前能源與環(huán)境的現(xiàn)狀怎樣電力市場的現(xiàn)狀如何如何看待燃燒科學(xué)的發(fā)展前景我國目前的能源環(huán)境現(xiàn)狀：一、能源豐富而人均消費(fèi)量少我國能源雖然豐富，但分布很不均勻，煤炭資源60%以上在華北，水力資源70%以上在西南，而工業(yè)和人口集中的南方八省一市能源缺乏。雖然在生產(chǎn)方面，自解放后，能源開發(fā)的增長速度也是比較快，但由于我國人口眾多，且人口增長快，造成我國人均能源消費(fèi)量水平低下，僅為每人每年噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而1 噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量大概可以把400噸水從常溫加熱至沸騰。二、能源構(gòu)成以煤為主，燃煤嚴(yán)重污染環(huán)境從目前狀況看，煤炭

2、仍然在我國一次能源構(gòu)成中占70%以上，成為我國主要的能源，煤炭在我國城市的能源構(gòu)成中所占的比例是相當(dāng)大的。以煤為主的能源構(gòu)成以及62的燃煤在陳舊的設(shè)備和爐灶中沿用落后的技術(shù)被直接燃燒使用，成為我國大氣污染嚴(yán)重的主要根源。據(jù)歷年的資料估算，燃煤排放的主要大氣污染物，如粉塵、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，對我國城市的大氣污染的危害已十分突出：污染嚴(yán)重、尤其是降塵量大；污染冬天比夏天嚴(yán)重；我國南方燒的高硫煤產(chǎn)生了另一種污染酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。三、農(nóng)村能源供應(yīng)短缺    我國農(nóng)村的能源消耗，主要包括兩方面，即農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耗能。我國農(nóng)村人口多，能

3、源需求量大，但農(nóng)村所用電量僅占總發(fā)電量的14%左右。而作為農(nóng)村主要燃料的農(nóng)作物桔桿，除去飼料和工業(yè)原料的消耗，剩下供農(nóng)民作燃料的就不多了。即使加上供應(yīng)農(nóng)民生活用的煤炭，以及砍伐薪柴，揀拾干畜糞等，也還不能滿足對能源的需求。電力市場現(xiàn)狀：2008年10月份，中國電力工業(yè)出現(xiàn)的負(fù)增長，為十年來首次出現(xiàn)單月負(fù)增長。11月，部分省市用電增幅同比下降超過30。在煤價大幅上漲和需求下滑的影響下，目前火電企業(yè)虧損面超過90，預(yù)計(jì)全年火電全行業(yè)虧損將超過700億元。走勢分析2009年，走過今年“寒冬”的電力行業(yè)將機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，挑戰(zhàn)大于機(jī)遇。受整個經(jīng)濟(jì)下滑的影響，“過?！钡膶擂螌⒗^續(xù)顯現(xiàn)。電價矛盾將更加突出。

4、今年以來，國家制定的煤電價格聯(lián)動政策遲遲無法實(shí)施，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)虧損不斷累積，電價矛盾日益尖銳。面對明年經(jīng)濟(jì)形勢的復(fù)雜情況，電力銷售價格能否適時調(diào)整，具有很大的不確定性。結(jié)構(gòu)調(diào)整有望借勢“提速”。明年寬松的用電環(huán)境正好為中國電力結(jié)構(gòu)調(diào)整騰出了時間和空間。面對今年的大變局，國內(nèi)發(fā)電企業(yè)將從跑馬圈地式的快速擴(kuò)張，轉(zhuǎn)向注重效益的發(fā)展模式。燃燒科學(xué)的發(fā)展前景燃燒學(xué)是一門正在發(fā)展中的學(xué)科。能源、航空航天、環(huán)境工程和火災(zāi)防治等方面都提出了許多有待解決的重大問題，諸如高強(qiáng)度燃燒、低品位燃料燃燒、煤漿(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃燒、流化床燃燒、催化燃燒，滲流燃燒、燃燒污染物排放和控制、火災(zāi)起因和防止等。

5、我國的能源現(xiàn)狀也決定了必須大力的發(fā)展燃燒學(xué)科。燃燒學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展將與湍流理論、多相流體力學(xué)、輻射傳熱學(xué)和復(fù)雜反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展相互滲透 、相互促進(jìn)。2、 什么叫燃燒答：燃燒標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)定義：燃燒是一種發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)燃燒的廣義定義：燃燒是指任何發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，不一定要有氧氣參加3、 什么是簡單反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)答：簡單反應(yīng)：由反應(yīng)物經(jīng)一步反應(yīng)直接生成產(chǎn)物的反應(yīng)。（也叫基元反應(yīng)）復(fù)雜反應(yīng)：反應(yīng)不是經(jīng)過簡單的一步就完成，而是通過生成中間產(chǎn)物的許多反應(yīng)步驟來完成的反應(yīng)，其中每一步反應(yīng)也稱為基元反應(yīng)。4、 濃度和化學(xué)反應(yīng)速度正確的表達(dá)方法答：濃度：單位體積內(nèi)所含某種物質(zhì)的量1.分子

6、濃度 ni =Ni /V Ni為分子數(shù) 1 /m2.摩爾濃度 Ci =Mi /V Mi 為摩爾數(shù) mol / m3.質(zhì)量濃度 i=Gi /V kg / m4.相對濃度 摩爾相對濃度：x i =N i /N=n i /N=C i /C=p i /p質(zhì)量相對濃度：f=G i /G=i /化學(xué)反應(yīng)速度：通常用單位時間單位體積內(nèi)消耗的燃料量或者氧量來表示。 化學(xué)反應(yīng)速度既可以用反應(yīng)物濃度的減少來表示，也可以用生成物濃度的增加來表示。但均取正值。W=±d C / d5、 質(zhì)量作用定律的適用范圍試用質(zhì)量作用定律討論物質(zhì)濃度對反應(yīng)速度的影響。答：反應(yīng)應(yīng)為簡單反應(yīng)嚴(yán)格講，質(zhì)量作用定律僅適用于理想氣體

7、。對于多相反應(yīng)，僅考慮氣相物濃度，對于固相或液相物質(zhì)蒸汽分壓不考慮。按質(zhì)量作用定律，如果反應(yīng)方程式是aA+bB（簡單反應(yīng)）則反應(yīng)速度和反應(yīng)物濃度AB成如下關(guān)系： W =kAB即：當(dāng)溫度不變時，某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度與該瞬間各反應(yīng)物濃度的乘積成正比例，如果該反應(yīng)按照某化學(xué)反應(yīng)方程式一步完成（簡單，基元反應(yīng)），則每種反應(yīng)物濃度的方次即等于化學(xué)反應(yīng)方程式中的反應(yīng)比例常數(shù)。6、 什么是反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)物初始濃度（以及半衰期）之間的關(guān)系如何答：化學(xué)反應(yīng)速度表達(dá)式中濃度指數(shù)之和n=+就是反應(yīng)級數(shù)。反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)物初始濃度無關(guān)。由于 w =-dC/d=kC,可推得：零級反應(yīng)： 一級反應(yīng)： 二級反應(yīng)：7、

8、 常用的固體、液體和氣體燃料的反應(yīng)級數(shù)值的范圍是多少燃 料反應(yīng)級數(shù)煤氣輕油重油 煤粉 2 2 1 18、 試用反應(yīng)級數(shù)的概念，討論化學(xué)反應(yīng)是速度、燃盡時間與壓力之間的關(guān)系。答：對于理想氣體，而化學(xué)反應(yīng)速度，故；單位時間的反應(yīng)（整個燃燒體積內(nèi)的），所以燃盡時間。（n為反應(yīng)級數(shù)）9、 渦輪增壓裝置對汽車發(fā)動機(jī)的作用是什么答：渦輪增壓裝置能提高壓強(qiáng)，因而不僅能提高發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃料氣體的化學(xué)反應(yīng)速度，而且能減少氣體的燃盡時間，綜合提高發(fā)動機(jī)的功率。（汽油的反應(yīng)級數(shù)一般為2）10、 Arrhenius定律的內(nèi)容是什么適用范圍答：溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的巨大影響反映在反應(yīng)常數(shù)上，這個關(guān)系稱為阿累尼烏斯定律，表達(dá)

9、為，其中k0是頻率因子，E是活化能，與反應(yīng)物溫度及濃度無關(guān)。適用范圍為：A簡單化學(xué)反應(yīng)（基元反應(yīng)），或復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)中的每一步基元反應(yīng)B有明確反應(yīng)級數(shù)n和速度常數(shù)k的復(fù)雜反11、 什么是活化能，其計(jì)算的方法是什么答：活化能：使普通分子（平均能量）變?yōu)榛罨肿铀枘芰??？梢詼y定反應(yīng)級數(shù)根據(jù)圖解法和計(jì)算法來見解求得。（詳見課本P3）12、 圖解吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的活化能和反應(yīng)放熱（吸熱）之間的關(guān)系。吸熱反應(yīng)同理13、 什么叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)它是怎樣分類的鏈反應(yīng)一般可以分為幾個階段答：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是一種在反應(yīng)過程中含有自由原子或自由基等活化物質(zhì)的特殊反應(yīng)，如果通過某一種方式（如光照射等)將其引發(fā)，便相繼發(fā)生一系列

10、的鏈鎖反應(yīng)，使反應(yīng)一環(huán)扣一環(huán)的不斷進(jìn)行下去。 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)分為不分支鏈反應(yīng)（或直鏈反應(yīng)）和分支鏈反應(yīng)兩類。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一般分為鏈的激發(fā)（引發(fā)）、鏈的傳遞和鏈的斷裂（中斷）三個階段。14、 試用活化中心繁殖速率和銷毀速率的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合圖線，解釋氫燃燒的幾種反應(yīng)的情況。分支鏈反應(yīng)為什么能極大地增加化學(xué)反應(yīng)的速度答：.在課本第五頁下邊至六頁上邊中,(1)-(3)中分析.分支鏈反應(yīng)中反應(yīng)活化中心繁殖速度f比較大,極大的加快了化學(xué)反應(yīng)的速度.15、 烴類燃燒的基本過程是什么，什么情況下會發(fā)生析碳反應(yīng)如何進(jìn)行解釋答：烷烴同原子的醛低一個原子的烷烴直至甲醛,甲醛分解為一氧化碳和氫氣燃燒或直接燃燒.析炭反應(yīng)是烴類熱

11、裂解過稱中的二次反應(yīng)，二次反應(yīng)是一次反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)生足夠的一次反應(yīng)產(chǎn)生足夠的中間產(chǎn)物才顯著起來。裂解的過程包括脫氫反應(yīng)和斷鏈反應(yīng)，具體反應(yīng)過程見課本第八頁下面至第九頁上面的過程。16、 圖解催化劑對化學(xué)反應(yīng)的作用。對反應(yīng)的作用有改變的只有兩點(diǎn)：活化能E下降，反應(yīng)途徑的變化17、 什么叫化學(xué)平衡平衡常數(shù)的計(jì)算方法呂·查德里反抗規(guī)則的內(nèi)容是什么解釋：碳燃燒的時候，在低溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，而在溫度很高的情況下，氣化反應(yīng)將變得顯著。答：化學(xué)平衡的，可逆反應(yīng)此時系統(tǒng)內(nèi)各組成成分不變，計(jì)算公式為課本10、11頁的1-27和1-28. 。系統(tǒng)變化遵循呂·查德里反抗規(guī)則：當(dāng)化學(xué)平衡由于某一外因（

12、T,p或成分含量）而被破壞時平衡將向反抗這一外因的方向移動。溫度升高，平衡將向吸熱方向移動，抵抗溫度升高的影響；溫度降低，平衡將向放熱方向移動，抵抗溫度降低的影響18、 標(biāo)準(zhǔn)生成焓、生成焓的定義反應(yīng)焓的定義及計(jì)算方法燃料發(fā)熱量（熱值）與燃燒焓、反應(yīng)焓的關(guān)系答：生成焓定義：化合物的構(gòu)成元素（最穩(wěn)定的單質(zhì)）經(jīng)化合反應(yīng)生成1mol該化合物的焓的增量。kJ/mol，標(biāo)準(zhǔn)生成焓：是化合物的構(gòu)成元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（298K,），經(jīng)化合反應(yīng)生成1mol該化合物的焓的增量。在特定的溫度壓力下（等溫等壓）進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)物與產(chǎn)物具有相同的t,p，則產(chǎn)物與生成物間的焓值之差為該反應(yīng)的反應(yīng)焓如果化合物不是由元素直接反

13、應(yīng)的生成物，則反應(yīng)后生成物與反應(yīng)物間的焓差值，不是生成焓，而是反應(yīng)焓。發(fā)熱量與反應(yīng)焓、燃燒焓大小相等，符號相反。19、 過量空氣系數(shù)（a）與當(dāng)量比（b）的概念答：過量空氣系數(shù)是反應(yīng)供應(yīng)空氣（氧氣）與反應(yīng)恰好完全反應(yīng)所需空氣（氧氣）之比當(dāng)量比是兩種參加反應(yīng)的反應(yīng)物的質(zhì)量之比第二章 混合與傳質(zhì)1 什么是傳質(zhì)傳質(zhì)的兩種基本形式是什么答：物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的轉(zhuǎn)移過程叫做傳質(zhì)，也叫質(zhì)量傳遞。 傳質(zhì)的兩種基本方式是分子擴(kuò)散傳質(zhì)和對流傳質(zhì)。2 什么是“三傳”分子傳輸定律是怎樣表述的它們的表達(dá)式如何（牛頓粘性定律、傅立葉導(dǎo)熱定律、費(fèi)克擴(kuò)散定律）什么是“三傳”的比擬答：動量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞。分子傳

14、輸定律即牛頓內(nèi)摩擦定律，傅里葉導(dǎo)熱定律和fick擴(kuò)散定律。描述動量、熱量和質(zhì)量的規(guī)律有相似的數(shù)學(xué)表達(dá)式（傅里葉定律型）和相似的準(zhǔn)則數(shù)（普朗特?cái)?shù)和施密特?cái)?shù)、努賽爾數(shù)和舍伍德數(shù)）叫三傳的比擬。3 湍流中，決定“三傳”的因素是什么湍流中，動量交換過程和熱量、質(zhì)量交換的強(qiáng)烈程度如何怎么用無量綱準(zhǔn)則數(shù)的數(shù)值來說明這一點(diǎn)答：決定三傳的因素為脈動和漩渦（僅供參考） 熱量交換與質(zhì)量交換的強(qiáng)烈程度相當(dāng)，動量交換的強(qiáng)烈程度不如熱量和質(zhì)量交換強(qiáng)烈。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)普朗特?cái)?shù)約為，小于1，即動量交換不如熱量交換強(qiáng)烈。施密特?cái)?shù)在到之間也小于1，即動量交換不如質(zhì)量交換強(qiáng)烈。Le數(shù)約為1到，說明熱量交換和動量交換強(qiáng)度相當(dāng)。4 試推

15、導(dǎo)一個靜止圓球在無限大空間之中，沒有相對運(yùn)動的情況下，和周圍氣體換熱的Nu數(shù)。答： 完全根據(jù)復(fù)習(xí)ppt上例題將傳質(zhì)換成傳熱，求出Nu=2.5 如圖所示：兩股射流在大空間中交匯。射流的初始溫度T1=60，T2=室溫20，實(shí)測xy點(diǎn)的Txy=50。氣流中的初始濃度為C1=3mol/m3，C2=2mol/m3，求點(diǎn)的xy點(diǎn)的濃度Cxy。答：該題復(fù)習(xí)為ppt上原題。6 自由射流積分（動量守恒）條件、熱焓差和濃度差守恒條件的物理意義是什么，數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么答：（1）自由射流動量守恒是指沿射流的軸線方向，在任意斷面上，以射流的速度w與速度w2只差(w-w2)計(jì)算的動量是一個不變的常數(shù)。其值恒等于出口斷面上

16、的以出口速度w1與射流的速度w2只差計(jì)算的射流初始動量。（2）同動量守恒條件相似可以得出，沿軸線方向上，任意斷面上的熱焓差和濃度差都是不變的常數(shù)，且恒等于出口斷面上的射流與伴隨流之間的熱焓差和濃度差。注：相應(yīng)公式見PPT2.4.27 圖解射流斷面上的速度分布相似性。答：見PPT2.4.3 (2)8 把熱射流射入冷空間中，和把冷射流射入熱空間中，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減的情況有何區(qū)別這對工程燃燒的二次風(fēng)參數(shù)的選取有何指導(dǎo)意義答：（1）把熱射流射入冷空間中時，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很快，因?yàn)椋êx見PPT）的值較大。而且隨值增大，三者衰減速度均明顯加快。（2）把冷射流射入熱

17、空間時，很明顯值相對（1）中要小，所以此時射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很慢，而且隨值減小，衰減更慢。（3）從這個方面講，組織鍋爐內(nèi)氣流流動時，應(yīng)用值低一些的一次風(fēng)，從而保證較慢的衰減速度，有足夠的擾動范圍，以保證氣流流動。而從燃燒供氧的角度講應(yīng)用值高一些的一次風(fēng)，以加強(qiáng)湍流混合和傳質(zhì)，有利于燃燒。9 根據(jù)以下物理模型，推導(dǎo)旋轉(zhuǎn)射流中心線上負(fù)壓的值。假定旋轉(zhuǎn)射流的橫截面如圖所示，流體是無粘性流體，流動區(qū)域可以劃分為兩個區(qū)域：外圍的自由旋轉(zhuǎn)區(qū)（可以按勢流處理）和中心的剛體旋轉(zhuǎn)區(qū)（不能按勢流處理），其分界線為r=r1。答：中心線上負(fù)壓即剛體運(yùn)動區(qū)中心線上的負(fù)壓值，具體推倒見PPT2.5.1（

18、2）10 什么是旋流強(qiáng)度，其物理意義是什么旋流強(qiáng)度的計(jì)算公式 答：旋流強(qiáng)度（旋流數(shù)）：工程上用于反映旋轉(zhuǎn)射流強(qiáng)弱程度的指標(biāo)。計(jì)算公式：其中，G是角動量的軸向通量（旋轉(zhuǎn)動量矩）， Gx是軸向動量，R為定性尺寸。物理意義：旋轉(zhuǎn)動量和軸向動量的某種比值。11 圖示鈍體流場的主要特征。答：見課本P54圖2-23.12 兩股平行射流湍流混合的強(qiáng)弱取決于哪些空氣動力學(xué)參數(shù)條件答： 兩者的動壓比 ，它是湍流擴(kuò)散（三傳）的動力（能量）來源，它的增加會導(dǎo)致流體微團(tuán)可在更大尺度范圍內(nèi)湍流相關(guān)，且混合邊界層愈偏于動壓小的一側(cè)。當(dāng)動壓比趨近于1時，由于動壓差引起的湍流擴(kuò)散已經(jīng)十分微弱，只能靠射流自身原始擾動度來維持。

19、 決定于射流自身動壓 ，它是射流內(nèi)部進(jìn)行三傳的動力（能量）源。一般自身湍動度總是維持射流內(nèi)部的小尺度湍動。 系數(shù)k，決定于射流噴口的結(jié)構(gòu)特征和速度分布特征13 兩股相交射流湍流混合的強(qiáng)弱取決于哪些空氣動力學(xué)參數(shù)條件答：相交射流混合傳質(zhì)的動力學(xué)條件是兩射流的動量（流率）比M=1時混合最強(qiáng)烈。第三章 氣體燃料燃燒 1. 什么是熱著火什么是鏈?zhǔn)街鹌鋮^(qū)別是什么熱著火需要滿足的條件是什么化學(xué)鏈著火需要滿足的條件是什么答：什么是熱著火什么是鏈?zhǔn)街鹌鋮^(qū)別是什么熱著火需要滿足的條件是什么化學(xué)鏈著火需要滿足的條件是什么熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱，溫度不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反

20、應(yīng)不斷自動加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火。大多數(shù)氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。鏈?zhǔn)街穑河捎谀撤N原因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速，最終導(dǎo)致著火。 某些低壓下著火實(shí)驗(yàn)（如 H2+O2，CO+O2的著火）和低溫下的“冷焰”現(xiàn)象符合鏈?zhǔn)街鸬奶卣鳌嶂疬^程與鏈?zhǔn)街疬^程區(qū)別熱著火通常比鏈?zhǔn)街疬^程強(qiáng)烈得多。條件：熱著火過程：溫度升高引發(fā)的，將使得系統(tǒng)中整體的分子動能增加，超過活化能的活化分子數(shù)按指數(shù)規(guī)律增加。導(dǎo)致 燃燒反應(yīng)自動加速。鏈?zhǔn)街疬^程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀，所以鏈?zhǔn)街鹜ǔ＞窒拊诨罨行牡?/p>

21、繁殖速率大于銷毀速率的區(qū)域，而不引起整個系統(tǒng)的溫度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能夠在整個系統(tǒng)內(nèi)加速繁殖并引起系統(tǒng)能量的整體增加，就形成爆炸。2. 自發(fā)著火與強(qiáng)迫著火的區(qū)別是什么答：自燃：自發(fā)的著火，依靠系統(tǒng)自身化學(xué)反應(yīng)的放熱來維持系統(tǒng)的升溫。強(qiáng)燃：強(qiáng)迫著火，借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部著火，然后火焰?zhèn)鞑サ秸麄€可燃混合物中。3. 自燃必要條件有兩個判據(jù)，他們的表達(dá)式怎樣，物理意義是什么燃料的活化能、系統(tǒng)初始溫度、散熱系數(shù)對自燃溫度的影響如何請圖示。試討論影響自燃著火溫度的主要因素有哪些答：自燃必要條件有兩個判據(jù)，他們的表達(dá)式怎樣，物理意義是什么燃料的活化能、系統(tǒng)初始溫度

22、、散熱系數(shù)對自燃溫度的影響如何請圖示。試討論影響自燃著火溫度的主要因素有哪些兩個判據(jù):產(chǎn)熱散熱相等，產(chǎn)熱散熱變化率相等即：影響因素：圖見PPT(散熱系數(shù))有利著火燃料活性強(qiáng)（E小或k0大）易著火T0(系統(tǒng)初始溫度) 容易著火4. 什么是著火的孕育時間請圖示。并解釋：為何堆放在煤場上的煤在常溫下也經(jīng)常會發(fā)生自燃，而直吹式煤粉鍋爐一次風(fēng)管道中的煤粉在高于150的條件下也不發(fā)生自燃答：自然過程中，系統(tǒng)溫度達(dá)到拐點(diǎn)溫度（即臨界溫度）時對應(yīng)的時間為孕育時間。圖見PPT原因需從自燃的臨界條件來找煤場上的煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)熱不易散去，即Q1Q2，在常溫下隨產(chǎn)熱蓄積溫度不斷升高，孕育時間不會很長，故而易著火自

23、燃。相應(yīng)地，直吹式煤粉鍋爐一次風(fēng)管道中的煤粉流動快，散熱也快，盡管當(dāng)溫度高于150，仍無法蓄熱以進(jìn)一步提高溫度，故孕育時間無限長，最終也不會自然。5. 圖示著火溫度與燃料空氣混合物的濃度（過量空氣系數(shù)）的關(guān)系。并解釋：1）為什么在點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的時候必須“火等氣”2）煤礦巷道中發(fā)生瓦斯爆炸的原理是什么，如何防范瓦斯爆炸答：圖示著火溫度與燃料空氣混合物的濃度（過量空氣系數(shù)）的關(guān)系。并解釋：1）為什么在點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的時候必須“火等氣”2）煤礦巷道中發(fā)生瓦斯爆炸的原理是什么，如何防范瓦斯爆炸 著火溫度與燃料空氣混合物的濃度有關(guān)；通常用過量空氣系數(shù)來表示（2）參照上圖不要讓（，T）進(jìn)入U(xiǎn)型虛線區(qū)6. 什

24、么叫強(qiáng)迫著火請圖示強(qiáng)迫著火的過程。熱壁面強(qiáng)迫點(diǎn)燃的臨界條件是什么，其物理意義是什么答：強(qiáng)迫點(diǎn)燃：用熾熱物體使可燃混合物著火熾熱物體向周圍可燃混合氣散熱，在邊界層中可燃混合物由于溫度升高而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)熱使氣體溫度不斷升高而著火。 強(qiáng)燃的臨界條件應(yīng)為： 7. 試根據(jù)強(qiáng)迫點(diǎn)燃溫度的方程討論：1）熾熱平板的長度；2）對流換熱Nu數(shù)；3）氣流的壓力；4）氣流的導(dǎo)熱系數(shù)；5）燃料的活化能；6）燃料的發(fā)熱量；對強(qiáng)迫點(diǎn)燃難易程度的影響。答：試根據(jù)強(qiáng)迫點(diǎn)燃溫度的方程討論：1）熾熱平板的長度；2）對流換熱Nu數(shù)；3）氣流的壓力；4）氣流的導(dǎo)熱系數(shù)；5）燃料的活化能；6）燃料的發(fā)熱量；對強(qiáng)迫點(diǎn)燃難易程度的影

25、響。 L，Tqr Nu（氣流速度上升，散熱增大），Tqr P（C）, Tqr 、E，Tqr Q, Tqr8. 燃用高活性的褐煤的鍋爐中，常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一次溫度大約150，風(fēng)管道中漏出的煤粉在地面堆積，有時能呈現(xiàn)暗紅色燃燒的狀態(tài)（溫度大約700），而一次風(fēng)管內(nèi)的煤粉卻不燃燒或爆炸。請用自燃和強(qiáng)燃著火的模型給予解釋。該問為開放性題，為不局限大家思維，請各位互相討論啊 .9. 什么是緩燃什么是爆燃答：緩燃（正常傳播）：火焰鋒面以導(dǎo)熱和對流的方式下傳熱給可燃混合物引起的火焰?zhèn)鞑?，也可能有輻射（如煤粉燃燒時的火焰?zhèn)鞑タ赡芤暂椛錇橹鳎灿锌赡転閷α骱洼椛洳⒅兀?。傳播速度較低（13m/s，遠(yuǎn)小于聲速），傳

26、播過程穩(wěn)定。一般的工程燃燒均為此類。爆燃：絕熱壓縮引起的火焰?zhèn)鞑?，是依靠激波的壓縮作用使未燃混合氣的溫度升高而引起化學(xué)反應(yīng)，從而使燃燒波不斷向未燃?xì)馔七M(jìn)，傳播速度大于1000m/s，大于聲速。如爆炸、壓燃式內(nèi)燃機(jī)的火焰?zhèn)鞑ァ?0. 層流火焰?zhèn)鞑サ乃俣仁窃趺炊x的答：層流火焰?zhèn)鞑サ乃俣榷x為流動狀態(tài)為層流時的火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳播速度。11. 火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩x式數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么隨各個主要影響因素（熱擴(kuò)散率、燃盡時間等）的變化規(guī)律是什么答：火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（火焰鋒面相對靜止時）。根據(jù) 可知：熱擴(kuò)散率：。燃盡時間：，因此 。過量空氣系數(shù)： = 1時，uce最高

27、（理論）； 1且小于1時，（實(shí)驗(yàn)） >> 1 或 << 1時，Q放，Tlr?？扇?xì)獬鯗兀??；鹧驿h面形狀： 凹 ； 凸 散熱多 。12. 本生燈火焰穩(wěn)定的機(jī)理是什么如何使用本生燈測量層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍噷懗鰷y量的過程和計(jì)算式。答：ba本生燈的火焰穩(wěn)定機(jī)理：本生燈出口處Re較小，一般屬層流，火焰鋒面以傳播，可燃混合氣以w速度前進(jìn)，合成速度的結(jié)果就是形成了的圓錐面。這也稱為余弦定律：。wn的存在使得火焰鋒面上質(zhì)點(diǎn)沿a-b方向移動，為使火焰穩(wěn)定，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)由a移至b時，必須有另一質(zhì)點(diǎn)補(bǔ)充上來。因此在接近火炬根部的焰鋒表面上，必須存在一固定的點(diǎn)火源（不斷點(diǎn)燃火焰根部附近的可燃?xì)怏w以補(bǔ)充

28、被氣流帶走的質(zhì)點(diǎn)）。此即圓錐面火焰鋒面的策源，底部四周一圈環(huán)形火焰鋒面點(diǎn)火環(huán)。點(diǎn)火環(huán)的存在是由于燃料混合物噴出本生燈后在邊緣上速度很低，有一些地方射流速度正好等于uce，即形成了點(diǎn)火環(huán)。如圖所示，當(dāng)火焰穩(wěn)定時，混合氣體在火焰鋒面法向的分速度就等于氣體火焰的傳播速度。測量空氣與燃?xì)饬髁浚傻没旌蠚怏w流量，根據(jù)已知的噴嘴直徑，可計(jì)算出混合氣體的流速；再測量火焰的高度，算出火焰圓錐投影的半角，即可得到混合氣體在火焰鋒面法向的分速度 氣體火焰?zhèn)鞑ニ俣?。測量過程： 分別測出空氣與燃?xì)獾牧髁?Qkq和 Qrq（據(jù)流量計(jì)的不同可能需要修正），計(jì)算總的混合氣體流量 Q = Qkq + Qrq ； 測出噴嘴內(nèi)徑

29、 R，計(jì)算出噴嘴截面積 A = R2，從而可算出混合氣體流速 W=Q/A ； 測量火焰高度 h，可計(jì)算出火焰圓錐投影半角 。綜上可得，測得的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣缺磉_(dá)式為 13. 燃燒速度（化學(xué)反應(yīng)速度）與火焰?zhèn)鞑ニ俣仁鞘裁搓P(guān)系區(qū)別是什么(火焰速度、燃燒速度、新混合氣速度關(guān)系)答：燃燒速度（化學(xué)反應(yīng)速度）與火焰?zhèn)鞑ニ俣仁鞘裁搓P(guān)系區(qū)別是什么(火焰速度、燃燒速度、新混合氣速度關(guān)系)燃燒速度越大層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?。燃燒速度的單位是摩爾每立方米每秒，表示單位時間單位體積內(nèi)說消耗的燃料量，而火焰?zhèn)鞑ニ俣葐挝皇敲酌棵?，是化學(xué)反應(yīng)燃燒區(qū)在空間的移動。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x：火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳

30、播速度。14. 燃料氣的熱擴(kuò)散系數(shù)、燃料的發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)速度、氣體的密度、氣體的壓力、可燃?xì)怏w初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣却穑喝剂蠚獾臒釘U(kuò)散系數(shù)、燃料的發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)速度、氣體的密度、氣體的壓力、可燃?xì)怏w初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚獾臒釘U(kuò)散系數(shù)增大、燃料的發(fā)熱量增大、化學(xué)反應(yīng)速度增大、氣體的密度減小、可燃?xì)怏w初溫越大，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷紩龃?。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c壓力的1/2*(n-2)次方成正比。火焰鋒面凹，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，火焰鋒面凸散熱增多，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小。15. 過量空氣系數(shù)如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣日垐D示。答：過量空氣系數(shù)如何影響層流火

31、焰?zhèn)鞑ニ俣日垐D示。教材101頁圖3-18理論燃燒溫度：在= 1時最高。>>1空氣多或<<1燃料多都會導(dǎo)致散熱多使理論燃燒溫度降低，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?。?shí)驗(yàn)證明 1且小于1時層流火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲蟆?6. 火焰鋒面厚度的計(jì)算式是什么真實(shí)的火焰鋒面厚度大約是多少答：火焰鋒面厚度的計(jì)算式是什么真實(shí)的火焰鋒面厚度大約是多少第三章課件40頁。17. 什么是淬熄距離答：火焰?zhèn)鞑ミ^程中，在距離壁面數(shù)MM的地方，壁面溫度低，dT/dr較高，散熱強(qiáng)烈，使Uce下降，造成火焰無法傳播的臨界便捷厚度成為淬熄距離。18. 什么是湍流火焰?zhèn)鞑サ谋砻嫒紵碚摵腿莘e燃燒理論答：表面燃燒理論（舍謝爾金

32、）火焰面使層流型的，湍流脈動在一定空間內(nèi)使燃燒面彎曲，皺折，乃至破裂，成“小島”狀的封閉小塊，這樣增大了燃燒面積，從而增大了燃燒速度。容積燃燒理論湍流燃燒速度的增加是因?yàn)樵谕牧髦袩崃亢突罨行耐牧鬓D(zhuǎn)移速度都大大高于層流中同類型的分子遷移速度率，因而加速了火焰中化學(xué)反應(yīng)，從而提高了實(shí)際的法向燃燒速度。19. 什么是擴(kuò)散火焰什么是預(yù)混火焰什么是全預(yù)混火焰其火焰的形狀和結(jié)構(gòu)有何區(qū)別通過火焰的圖像特征辨別火焰的種類。答：擴(kuò)散火焰：燃料和氧化劑邊混合邊燃燒，這時由于擴(kuò)散作用對燃燒起控制作用，又稱擴(kuò)散火焰。預(yù)混火焰：燃料和氧化劑預(yù)先混合好，這時化學(xué)動力學(xué)因素對燃燒起控制作用，亦稱動力燃燒。全預(yù)混火焰：若一

33、次預(yù)混空氣系數(shù)1k>=1，一級空氣氧已足夠，此時也只有一個內(nèi)火焰鋒面，此時為全預(yù)混火焰。具體圖像參考教材或PPT。20. 什么是脫火和回火圖解火焰的脫火區(qū)、回火區(qū)、穩(wěn)定區(qū)和黃色火焰區(qū)。答：21. 為什么說擴(kuò)散火焰不容易脫火也不容易回火為什么全預(yù)混火焰既容易脫火也容易回火結(jié)合火焰區(qū)域的圖進(jìn)行解釋。（需要解釋，為什么全預(yù)混火焰的穩(wěn)定區(qū)比較窄）答：當(dāng)a1K=0，純擴(kuò)散火焰，不可能回火，因?yàn)楣艿乐袥]有氧氣，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?。也不易脫火，因?yàn)?，隨著燃料在環(huán)境中的擴(kuò)散，與氧氣混合，火焰?zhèn)鞑ニ俣壬仙?，而流速卻在擴(kuò)散過程中不斷下降，很容易出現(xiàn)火焰穩(wěn)定點(diǎn)?；鹧鏄O為穩(wěn)定，但化學(xué)不完全燃燒損失大。a1K=，穩(wěn)

34、定區(qū)域很大，運(yùn)行較為可靠?；旌衔镏谢鹧?zhèn)鞑ニ俣群艿停蝗菀谆鼗?。與純擴(kuò)散火焰類似，隨著燃料在環(huán)境中的擴(kuò)散，與氧氣混合，火焰?zhèn)鞑ニ俣壬仙魉賲s在擴(kuò)散過程中不斷下降，很容易出現(xiàn)火焰穩(wěn)定點(diǎn)。a1K太小時，氣體中烴缺氧，發(fā)生高溫裂解，產(chǎn)生炭黑，火焰呈明亮黃色，發(fā)光火焰，黑度大，有利于爐內(nèi)傳熱。 a1K1時，既容易回火，也容易脫火，火焰很不穩(wěn)定。 火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸欤艿纼?nèi)供氧充分，很容易回火?；旌蠚饬麟x開噴嘴以后，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粩嘞陆?，雖然流速也不斷下降，但是，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊南陆蹈?，很容易脫火?22. 常用的防止回火的措施有哪些常用的防止脫火的措施有哪些答： 采用喉口設(shè)計(jì)：加裝收縮段；直徑變小使

35、用冷卻裝置：降低混合物溫度，從而降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋踔林苯哟阆ɑ鹧?。防止a1K>加穩(wěn)焰器使用鈍體或者旋流，形成中心回流區(qū)，起到穩(wěn)定點(diǎn)火源的作用穩(wěn)焰方法：利用鈍體，旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)焰，利用逆向噴流穩(wěn)焰，等等。第四章 液體燃料燃燒1. 液體燃燒的過程是什么答：霧化、受熱蒸發(fā)、擴(kuò)散混合、著火燃燒2. 圖解單個液滴燃燒時的空間區(qū)域劃分，以及油蒸汽濃度、氧氣濃度和溫度分布。3. 油滴燃燒屬于擴(kuò)散燃燒還是預(yù)混燃燒為什么答：屬于擴(kuò)散燃燒限制油滴燃燒的主要因素是與空氣的混合速度，即取決于空氣向油滴表面擴(kuò)散所需的時間，屬擴(kuò)散燃燒。4. 液體燃料噴霧特征的評定指標(biāo)有哪幾項(xiàng)索太爾平均直徑的計(jì)算式和物理意義答： 霧化

36、粒度：表示油滴顆粒大小的指標(biāo) 霧化油滴均勻性 霧化角： 流量密度5. 簡述機(jī)械霧化和介質(zhì)霧化的過程。答： 機(jī)械式霧化器依靠油泵的壓力將液體燃料的壓力提高，使以較高的壓力噴進(jìn)燃燒室 介質(zhì)式霧化器用蒸汽做霧化介質(zhì)，則還可以在霧化同時降低油的粘度，故進(jìn)入噴嘴的燃油粘度越高時仍能保證霧化質(zhì)量，采用空氣作介質(zhì)時，空氣壓力低，霧化質(zhì)量較差。6. 單個油滴的蒸發(fā)過程的物理模型怎樣油滴蒸發(fā)滿足什么定律試推導(dǎo)之。7. 請推導(dǎo)單個油滴燃燒時間的表達(dá)式。（6、7）合答：油滴球形，其周圍溫度場(a)，濃度場均勻(D)油滴隨氣流而動，與氣流間無相對運(yùn)動（Re=0）油滴表面溫度近似等于飽和溫度T0=Tb火焰鋒面向內(nèi)向外導(dǎo)

37、熱傳遞（忽略輻射），向內(nèi)導(dǎo)熱量=產(chǎn)生的油氣量+油氣溫度升高，且忽略斯蒂芬流（油蒸汽穿過鋒面逃逸的量）=0O2 從遠(yuǎn)方擴(kuò)散而來在鋒面上全部消耗掉，鋒面O2 的C=0，且O2 擴(kuò)散到鋒面的量符含化學(xué)反應(yīng)中氧與油的化學(xué)計(jì)量比b油滴蒸發(fā)滿足平方直線定律。另：“平方直線定律”推導(dǎo)見 復(fù)習(xí)PPT 或 課本8. 燃油燃燒器的調(diào)風(fēng)器應(yīng)具備哪些功能答： 有根部風(fēng)（在油還未著火燃燒之前，在油霧根部已有一部分空氣混入油霧中，1530%一次風(fēng)）油料相對易燃，應(yīng)該及早與氧氣混合 早期混合要強(qiáng)烈擴(kuò)散燃燒，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)化空氣與油霧的混合 有一大小位置適當(dāng)?shù)幕亓鲄^(qū)防止脫火 加強(qiáng)后期混合利于殘余的難燃組分的燃盡9. 如何強(qiáng)化油霧燃

38、燒答：增強(qiáng)霧化功能，減小油滴尺寸，提高霧化的均勻性；提高燃燒室的溫度水平，強(qiáng)化蒸發(fā)階段的傳熱。第五章 固體燃料燃燒1. 圖示煤燃燒過程的主要特點(diǎn)。煤的燃燒過程有自己的特點(diǎn)：氣態(tài)產(chǎn)物：揮發(fā)分V受熱裂解著火燃燒剩余固態(tài)產(chǎn)物：焦炭C加熱著火燃燒供O2燃盡放熱Q煤2. 煤種焦炭的質(zhì)量大約占多少比例焦炭的發(fā)熱量大約占多少比例焦炭的燃燒時間大約占多少比例答： 焦炭占可燃成分的質(zhì)量百分比，%焦炭發(fā)熱量占煤總發(fā)熱量的百分比，%無煙煤95煙煤57-78褐煤5566泥煤30木柴1520n 可見：焦炭（C）無論在煤中的質(zhì)量百分比或燃燒放熱（發(fā)熱量）的百分比都是占主要地位。 n 煤中焦炭量占%，發(fā)熱量占66

39、-95%。n 焦炭燃燒是異相化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速度慢。焦炭燃燒的時間約占全部燃燒時間的90%，也就是說，揮發(fā)分燃燒時間僅約10%。這也說明了焦炭燃燒比氣體燃料燃燒要困難的多。n 從提供熱量的角度，焦炭具有主要意義，它提供了大量的熱量。3. 什么叫異相燃燒異相化學(xué)反應(yīng)分為幾個步驟答：異相燃燒是指不同相的物質(zhì)之間發(fā)生的燃燒反應(yīng)。通常氣固異相反應(yīng)包括如下步驟： 第一步：O2必須通過擴(kuò)散到達(dá)碳的表面，并被碳表面吸附第二步：在碳表面上進(jìn)行碳氧反應(yīng)，并生成反應(yīng)產(chǎn)物第三步：反應(yīng)產(chǎn)物從碳的表面上脫離（解吸），并從碳表面向外擴(kuò)散開去4. 焦炭的反應(yīng)活性跟哪些因素有關(guān)答：由于碳晶體邊界與中心的活性不同（鍵能低）邊界反

40、應(yīng)活性更好。基面上與基面間的活性不同（間隙大）基面間反應(yīng)活性更好。內(nèi)、外表面積大小不同，活性不同表面積大反應(yīng)活性更好。所以不同的焦炭其化學(xué)反應(yīng)速度相差甚大。一般密度小孔隙率高（疏松）的焦炭，粒徑小的焦炭（比表面積大，內(nèi)空隙易暴露），反應(yīng)活性更強(qiáng)。5. 寫出異相化學(xué)反應(yīng)速度的計(jì)算式，并結(jié)合圖線探討異相化學(xué)反應(yīng)速度隨溫度和質(zhì)量交換系數(shù)的變化規(guī)律。說明，什么是動力燃燒區(qū)什么是擴(kuò)散燃燒區(qū)什么是過渡燃燒區(qū)當(dāng)溫度T很高時很大 結(jié)論： 此時燃燒反應(yīng)速度完全決定于擴(kuò)散（zl）稱為擴(kuò)散燃燒（區(qū)）（或擴(kuò)散燃燒控制） 此時，碳表面化學(xué)反應(yīng)很快，2一擴(kuò)散到碳表面就完全燃燒掉，燃燒決定于2供應(yīng)的多少，決定于碳表面的2濃

41、度，即為1級反應(yīng)。 舉例：氣體燃料的擴(kuò)散火焰中，只要2一到火焰鋒面就很快消耗掉。因此，強(qiáng)化燃燒唯一的辦法就是增加擴(kuò)散供2，即zl 6. 顆粒直徑、溫度和顆粒與氣流之間的相對速度對燃燒區(qū)域（動力區(qū)、擴(kuò)散區(qū)）的影響是什么討論： 顆粒直徑0向動力區(qū)移動；當(dāng)T向擴(kuò)散區(qū)移動；當(dāng)相對速度Re 向動力區(qū)移動；7. 簡述碳球燃燒的兩種機(jī)理。碳燃燒過程中的氧化反應(yīng)和氣化反應(yīng)是什么圖示這兩種反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)k隨溫度變化的規(guī)律。答：反應(yīng)機(jī)理1：碳和氧氣在中低溫下反應(yīng)，一次產(chǎn)物是二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳再燃燒生成二氧化碳。反應(yīng)機(jī)理2：在高溫下，碳和二氧化碳發(fā)生氣化反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳再在碳球附近燃燒生成二氧化碳。碳燃燒的氧化反應(yīng)是：4C + 3O2 = 2CO2 + 2CO氣化反應(yīng)是：C + CO2 = 2CO注意這兩張圖，溫度向右是減小，k隨t減小。8. 為什么說碳的氧化反應(yīng)是自我促進(jìn)的，而氣化反應(yīng)是自我抑制的請圖示。9. 請推導(dǎo)理想碳球燃盡時間與直徑的關(guān)系。并根據(jù)其數(shù)學(xué)表達(dá)式討論，影響碳球燃盡速度的主要因素有哪些如何影響答：一、假設(shè) 燃燒反應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)燃燒，即C球表面O2濃度很低，Cb0碳球表面進(jìn)行氧化一次反應(yīng)C+O2=CO2，生成物CO2向外擴(kuò)散