2007哈工大燃燒學(xué)試題及答案

1、第 頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）哈工大2007年春季學(xué)期燃燒學(xué)試題學(xué)號(hào)姓名題號(hào)一二三四五六分?jǐn)?shù)七八九十總分一名詞解釋?zhuān)?8分，每小題3分）1燃料的低位發(fā)熱量當(dāng)不計(jì)入燃燒產(chǎn)生的水蒸汽汽化潛熱時(shí)，lkg燃料完全燃燒所釋放出的熱量2過(guò)量空氣系數(shù)實(shí)際空氣量與理論燃燒所需空氣量的比值3層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧驿h面在其法線方向上相對(duì)于未燃混合氣體的速度4預(yù)混火焰和擴(kuò)散火焰預(yù)混火焰是燃料和氧化劑充分混合后的燃燒火焰?；鹧鏈囟群芨?，沒(méi)有黑煙，火焰短而強(qiáng)。擴(kuò)散火焰是燃料燃燒所需的空氣全部由外界提供，靠可燃?xì)怏w與空氣中的氧相互擴(kuò)散來(lái)完成燃燒過(guò)程的火焰。燃燒過(guò)程較長(zhǎng)，火焰溫度低，燃料不易燃盡，有很煙，火焰很長(zhǎng)。5質(zhì)

2、量作用定律基元反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度（帶有相應(yīng)的指數(shù)）的乘積成正比，其中個(gè)濃度的指數(shù)就是反應(yīng)式中各相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。試題：班號(hào)：姓名：6斯蒂芬流多組分流體在一定的條件下在表面處將形成一定的濃度梯度，因而可能形成各組分法向的擴(kuò)散物質(zhì)流。另外如果相分界面上有物理或化學(xué)過(guò)程存在，這種物理或化學(xué)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生或消耗一定的質(zhì)量流，于是在物理或化學(xué)過(guò)程作用下，表面處又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與擴(kuò)散物質(zhì)流有關(guān)的法向總物質(zhì)流。這個(gè)總物質(zhì)流是由表面本身因素造成的。這一現(xiàn)象是斯蒂芬在研究水面蒸發(fā)時(shí)首先發(fā)現(xiàn)的，因此稱(chēng)為斯蒂芬流。二、填空題（20分，每空2分）1列舉兩種復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型對(duì)峙反應(yīng)、平行反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)（任選兩個(gè)）設(shè)

3、某一反應(yīng)溫度由400C增至410C時(shí),反應(yīng)速率將增加至原來(lái)的（e=2.718）倍，該反應(yīng)的活化能等于381939J/mol。煤粉燃燒過(guò)程中NOx的生成類(lèi)型主要是燃料型NOx和熱力型NOx，其主要成分是NO和NO2。列舉兩種煤的特種分析方法熱重分析，著火指數(shù)分析，沉降爐實(shí)驗(yàn)，一維燃燒爐實(shí)驗(yàn)，熱顯微鏡法，重力篩分法，比表面積法（任選兩個(gè)）一種動(dòng)力用煤的工業(yè)分析成分如下，請(qǐng)判斷這種煤的分類(lèi)中揮發(fā)分煙煤（V=28.6%）。dafMarAarVarFCar10%20%20%50%第 頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）試題：班號(hào)：姓名：三、簡(jiǎn)答題（25分，每小題5分）1簡(jiǎn)述液體燃料燃燒的過(guò)程分為哪幾步？液體燃料

4、首先蒸發(fā)汽化，再擴(kuò)散到空氣中與空氣混合后燃燒（擴(kuò)散燃燒）。2歸納分支鏈鎖反應(yīng)的反應(yīng)步驟。鏈激發(fā)（鏈的開(kāi)始）：由起始分子借熱、光等外因生成自由基的反應(yīng)。鏈傳遞（鏈的增長(zhǎng)）：有自由原字或自由基與飽和分子作用生成新的分子和新的自由基，不斷交替，若不受阻，反應(yīng)一直進(jìn)行下去直至反應(yīng)物被耗盡。鏈中斷（鏈的銷(xiāo)毀）：當(dāng)自由基被消除時(shí)，鏈就中止。3列舉5種工程上常用的火焰穩(wěn)定方法。用小型點(diǎn)火火焰穩(wěn)定主火焰用鈍體穩(wěn)定火焰用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定用多孔板形成回流區(qū)穩(wěn)定火焰/采用射流噴入突然擴(kuò)大的燃燒室使在射流外側(cè)形成回流區(qū)穩(wěn)定火焰/使射流剛噴入燃燒室中就急劇拐彎，在拐彎處形成回流區(qū)穩(wěn)定火焰4簡(jiǎn)述湍流預(yù)混火焰

5、的分類(lèi)和特點(diǎn)。小尺度湍流火焰：湍流中的微團(tuán)的平均尺寸小于可燃混合氣體在層流下的火焰鋒面厚度，能夠保持較規(guī)則的火焰鋒面，其燃燒區(qū)的厚度只是略大于層流火焰鋒面厚度；大尺度弱湍流火焰：微團(tuán)平均尺寸大于可燃混合氣體在層流下的火焰鋒面厚度，微團(tuán)脈動(dòng)速度小于層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰鋒面扭動(dòng)，微團(tuán)不能沖破火焰鋒面大尺度強(qiáng)湍流火焰：微團(tuán)平均尺寸大于可燃混合氣體在層流下的火焰鋒面厚度，微團(tuán)脈動(dòng)速度大于層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?，不存在連續(xù)的火焰面。5說(shuō)明煤粉燃燒過(guò)程中一次風(fēng)的作用。輸送煤粉進(jìn)入燃燒室；供給著火初期所需要的氧氣試題：班號(hào)：姓名：四假定：1）油滴為均勻?qū)ΨQ(chēng)的球體；2）油滴隨風(fēng)飄動(dòng)，與空氣沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；3）燃燒進(jìn)

6、行得很快，火焰面很?。?）油滴表面溫度為飽和溫度；5）忽略對(duì)流與輻射換熱；6）忽略油滴周?chē)臏囟葓?chǎng)不均勻?qū)釋?dǎo)率、擴(kuò)散系數(shù)的影響；7）忽略斯蒂芬流。試計(jì)算火焰鋒面的直徑、油耗量，以及油滴直徑與時(shí)間的關(guān)系。（9分）對(duì)半徑為r的球面，通過(guò)球面向油滴傳導(dǎo)的熱量等于燃油氣化所需熱量和使油氣溫度由T0升高到T所需的熱量，則4nr2XdT=mL+C（TT）（1）drp0X-導(dǎo)熱系數(shù)；L燃油氣化潛熱；m油滴表面的燃油氣化量，即油耗量；Cp-燃油蒸汽的比熱容。將上式從油滴表面（r0和T0）到火焰鋒面（rf和TJ積分：從離油滴很遠(yuǎn)第 #頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）第 #頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）處和火焰鋒面之

7、間積分，得4nD(C0)=卩m5)8rf丿4nDC8第 #頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）第 頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）代入（3）得第 頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）試題：班號(hào)：姓名：m=4nIn1+T0DCnpKdp-油的密度，rK=7），（8）聯(lián)立：對(duì)（9）積分prCpIn1+DC(d)m=-pr一f2dTdd2=KdTKdTnd2=d2Ktf0（6）（7）（8）（9）10）第 頁(yè)（共8頁(yè)）第l頁(yè)（共8頁(yè)）試題：班號(hào)：姓名：五應(yīng)用謝苗諾夫的非穩(wěn)態(tài)著火理論分析，如果燃料和空氣均勻混合，對(duì)于存在散熱的系統(tǒng)，燃料的發(fā)熱量對(duì)著火條件的影響（9分）當(dāng)有散熱時(shí)，熱量的損失速率為：q=aS（T-T）/V0單

8、位時(shí)間，單位容積的釋放熱量為：q=Qkexp邑Cngo蟲(chóng)RT丿dTq-q=PgpdTq-可燃混合物反應(yīng)的釋熱率；a-反應(yīng)物向外界的放熱系數(shù)；s-容器壁面面積;gT-周?chē)橘|(zhì)溫度或壁面溫度，一般為可燃混合物的初始溫度；V-容器體積0如圖，假定TTT。當(dāng)Tqg低，從而回到a點(diǎn)，當(dāng)混合溫度處于T0時(shí)，qqg即使有外界擾動(dòng),溫度也會(huì)回到如果取出外部擾動(dòng)，系統(tǒng)的溫度就會(huì)降Ta。當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到Tb時(shí)，系統(tǒng)若有擾動(dòng)使系統(tǒng)溫度上升，此時(shí)qqg,系統(tǒng)溫度將g,會(huì)逐漸冷卻到Ta。當(dāng)T=T時(shí)，q與q曲線相切于c點(diǎn),此時(shí)q=q當(dāng)系統(tǒng)溫度向上擾動(dòng)時(shí)，002gg，dTdT0,系統(tǒng)溫度會(huì)上升；當(dāng)系統(tǒng)溫度向下擾動(dòng)時(shí)，dTdT

9、0，系統(tǒng)溫度還是會(huì)回到Tc。稱(chēng)Tc圍著火溫度。當(dāng)To=To時(shí)，q與q曲線沒(méi)有相交，qq，即熱量的損失速率一直小于釋放001gg熱量，說(shuō)明能迅速的著火燃燒。試題：班號(hào)：姓名：六根據(jù)碳的燃燒速度特點(diǎn)，可以把碳的燃燒過(guò)程分為哪幾個(gè)控制區(qū)，請(qǐng)分析每個(gè)控制區(qū)的特點(diǎn)。（9分）答案要點(diǎn)：1、按照碳的燃燒速度公式PCGcs可見(jiàn)碳的燃燒速度受氧氣擴(kuò)散過(guò)程和碳氧化合反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素雙重作用，燃燒速度的控制因素取決于擴(kuò)散過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相對(duì)強(qiáng)弱。如果擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，則反應(yīng)處于擴(kuò)散燃燒控制區(qū)；如果擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，則反應(yīng)處于動(dòng)力燃燒控制區(qū)；如果擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的數(shù)量級(jí)

10、相當(dāng)，則反應(yīng)處于過(guò)渡燃燒控制區(qū)。2、每個(gè)控制區(qū)的特點(diǎn)（1）擴(kuò)散控制燃燒區(qū)：燃燒時(shí)擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)速度，發(fā)生在燃燒溫度很高時(shí)，使得所有擴(kuò)散到碳表面的氧立即全部反應(yīng)掉，整個(gè)碳的的燃燒速率取決于氧擴(kuò)散到炭表面的速率。此時(shí)，燃燒速度可以認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān)，而只取決于氧濃度和氧向碳表面的擴(kuò)散能力。（2）動(dòng)力控制燃燒區(qū)：燃燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)速度遠(yuǎn)小于擴(kuò)散速度，發(fā)生在燃燒溫度不高時(shí)，使得碳表面的氧濃度等于周?chē)h(huán)境中的氧濃度，燃燒速率取決于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素。此時(shí)，燃燒速度可以認(rèn)為與氧濃度無(wú)關(guān)，而只取決于燃燒溫度。（3）過(guò)渡燃燒區(qū)：燃燒時(shí)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)因素均不可忽略。碳表面的的氧濃度介于擴(kuò)散和動(dòng)力燃燒之間。此時(shí)，

11、燃燒速度與氧濃度及其擴(kuò)散能力，和燃燒溫度均有密切關(guān)系。試題：班號(hào)：姓名：七試分析旋流煤粉燃燒器出口煤粉氣流的著火過(guò)程，并說(shuō)明強(qiáng)化煤粉氣流著火的主要措施。（10分）答案要點(diǎn)：1、煤粉著火過(guò)程（1）旋流煤粉燃燒器的特點(diǎn)是一次風(fēng)在中心，以直流射流或者旋轉(zhuǎn)射流的型式進(jìn)入燃燒室；二次風(fēng)在一次風(fēng)的周?chē)?，分為一股或者多股送入燃燒室，二次風(fēng)通過(guò)葉片或者渦殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流。（2）如果旋轉(zhuǎn)射流的旋流強(qiáng)度足夠大，在一次風(fēng)中心區(qū)域會(huì)產(chǎn)生回流區(qū)，回流區(qū)的壓力低于其下游的高溫?zé)煔獾膲毫Γ纱藭?huì)卷吸下游處的的高溫?zé)煔膺M(jìn)入回流區(qū)，與出于低溫狀態(tài)的沒(méi)有著火的煤粉氣流（一次風(fēng)）混合，對(duì)一次風(fēng)煤粉氣流進(jìn)行加熱。（3）煤粉氣流在回流區(qū)高溫?zé)煔庖约爸車(chē)邷責(zé)煔夂蜖t壁的輻射和對(duì)流換熱作用下迅速升溫，達(dá)到著火條件，析出揮發(fā)分實(shí)現(xiàn)著火。（4）揮發(fā)分著火后會(huì)迅速加熱焦炭，使焦炭達(dá)到著火溫度，如果此時(shí)二次風(fēng)適時(shí)混入，則焦炭著火，完成了煤粉的著火。2、強(qiáng)化煤粉著火的主要措施（1）將煤粉