《燃燒學》課程教學大綱

1、燃燒學課程教學大綱課程名稱：燃燒學英文名稱：Combustion Theory課程編碼：x4031651學 時 數(shù)：32其中實踐學時：0 課外學時：0學 分 數(shù)：2.0適用專業(yè)：化學工程與工藝一、課程簡介燃燒學是化學工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，涉及高等數(shù)學、大學物理、物理化學、化工原理等基礎課程知識的實際應用。本課程的目的和任務是使學生獲得燃燒化學熱力學和燃燒動力學、燃燒化學反應計算、燃燒過程的傳熱與傳質、燃燒流體力學等方面的知識，認識和掌握各種燃料性質、燃燒反應過程的機理和特性，各種因素對燃燒反應過程的影響；同時了解各種燃燒方法和燃燒裝置的設計、現(xiàn)代燃燒新技術的開發(fā)與應用、降低燃燒污染

2、排放、計算燃燒研究以及燃燒診斷方法等內(nèi)容。使學生掌握基本的燃燒理論，學會燃燒分析和計算，合理的組織燃燒，進行燃燒裝置的初步設計及燃燒技術的應用。從而為今后高效、合理地利用燃料資源，保護人類生存環(huán)境，開發(fā)新材料和新能源打下工程應用和科學研究的基礎。二、課程目標與畢業(yè)要求關系表課程目標畢業(yè)要求了解各種燃燒方法和燃燒裝置的設計、現(xiàn)代燃燒新技術的開發(fā)與應用、降低燃燒污染排放的方法。為今后高效、合理地利用燃料資源，保護人類生存環(huán)境，開發(fā)新材料和新能源打下工程應用和科學研究的基礎。7-2能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考化學工程與工藝實踐的可持續(xù)性，評價化學產(chǎn)品生產(chǎn)過程中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱

3、患。三、課程教學內(nèi)容、基本要求、重點和難點（一）緒論（1）1. 教學內(nèi)容：燃燒概述；燃燒方式；能源分布概況。2. 基本要求：了解學習燃燒學的目的和意義，講授燃燒學的研究內(nèi)容和方法，對燃燒學所要講述的內(nèi)容進行簡介，了解對世界能源的分布和使用情況，3. 難點：清潔能源、一次能源、二次能源概念的區(qū)分。4. 重點：燃燒學的研究方法、世界能源概況。（二）燃料（2）1. 教學內(nèi)容：固體燃料概述；液體燃料；氣體燃料；煤粉成分分析。2. 基本要求：基本掌握固體燃料、液體燃料、氣體燃料的常見種類，化學組成，主要特性。在固體燃料應該對煤及相關知識有較詳細了解；而在液體燃料中對石油類產(chǎn)品的一些重要特點要有清楚的認識

4、；對各種氣體燃料的使用特性更要建立初步的概念。掌握煤粉各類基之間的換算。3. 難點：各種燃料特性的區(qū)別。4. 重點：掌握煤粉各類基之間的換算。（三）燃燒反應計算和化學熱力學（2）1. 教學內(nèi)容：空氣過剩系數(shù)；化學當量比；煙氣生成量；空氣需要量；焓值計算；絕熱火焰溫度；理論燃燒溫度；熱力學第一定律；熱力學第二定律。2. 基本要求：正確理解反應物和生成物的概念，熟練掌握燃料燃燒過程中空氣過剩系數(shù)和化學當量比的重要概念，會計算煙氣生成量，空氣需要量。學會燃料中可燃物的絕對焓或標準焓、生成焓、燃燒焓、熱值、絕熱火焰溫度和理論燃燒溫度的計算方法。初步了解熱力學第一定律和第二定律在燃燒學中的應用，一般了解

5、化學平衡和燃燒產(chǎn)物平衡的問題。3. 重點：計算煙氣生成量，空氣需要量。4. 難點：絕對焓或標準焓以及與傳統(tǒng)計算方法的對比以及今后的靈活運用。（四）射流理論（2）1. 教學內(nèi)容：射流的種類及特點；射流中的混合及傳質；射流的影響。2. 基本要求：正確理解掌握自由射流與受限射流、直流射流與旋轉射流、平行射流與相交射流、 環(huán)形射流與同軸射流、平面射流與圓形射流、層流射流與湍流射流的特點，影響射流核心長度的因素及射流對火焰形態(tài)的影響。3. 重點：射流理論4. 難點：對射流核心影響（五）燃燒化學反應動力學基礎（2）1. 教學內(nèi)容：化學反應速率；質量作用定律；反應級數(shù)；基元反應速率；多步反應機理。2. 基本

6、要求：正確理解化學反應速率、質量作用定律、反應級數(shù)的概念，重點掌握基元反應速率包括總包反應和基元反應問題，一般掌握多步反應機理的化學反應速率的概念，包括鏈和分支鏈反應，化學時間尺度等。3. 重點：基元反應速率中的雙分子反應和碰撞理論。4. 難點：總包反應和基元反應、鏈和分支鏈反應。（六）著火過程（4）1. 教學內(nèi)容：自燃著火；爆燃過程；強迫著火；著火理論。2. 基本要求：正確理解自燃著火、爆燃過程和強迫著火的概念，掌握熱力著火理論、鏈式著火理論、鏈式熱力著火（爆燃）理論、工業(yè)上的強制點火問題，以及熱力著火的自燃范圍和感應時期。熟練掌握燃燒室內(nèi)的著火和燃燒穩(wěn)定。3. 重點：各種著火理論的比較分析

7、。4. 難點：燃燒室內(nèi)的著火和燃燒穩(wěn)定理論的靈活運用。（七）燃燒傳播過程與火焰的結構及其穩(wěn)定（6）1. 教學內(nèi)容：層流火焰結構；湍流火焰結構；火焰穩(wěn)定性；火焰前沿；回火；脫火。2. 基本要求：了解層流預混火焰經(jīng)典實驗的內(nèi)容和結論，熟悉火焰前沿的概念，預混可燃物層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群屯牧骰鹧媲把氐膫鞑?。熟練掌握層流預混火焰結構、湍流火焰結構及其它們的穩(wěn)定性概念。一般掌握各種火焰爐窯中的火焰結構特征和組織穩(wěn)定火焰的方法。3. 重點：掌握層流和湍流火焰結構及穩(wěn)定性。4. 難點：回火、脫火的解決措施。（八）燃燒方法與裝置（8）1. 教學內(nèi)容：有焰燃燒裝置；無焰燃燒裝置；霧化機理；液滴的擴散燃燒理論；燃燒器

8、的設計。2. 基本要求：掌握各種煤燃燒裝置和技術。了解液體燃料燃燒特點、霧化機理和技術、液滴的擴散燃燒理論，初步掌握液體燃料的燃燒技術。了解氣體燃料的燃燒特點、混合方法；初步掌握有焰燃燒裝置和無焰燃燒裝置的特點和應用。了解氣體燃料燃燒器及火焰的穩(wěn)定性，學會設計氣體燃燒器。3. 重點：掌握有焰燃燒裝置和無焰燃燒裝置的特點和應用。4. 難點：燃燒器的設計。（九）燃燒污染物控制技術（5）1. 教學內(nèi)容：NOx生成機理；SOx生成機理；低氮燃燒。2. 基本要求：掌握各種燃料燃燒過程中，SOx和NOx等污染物的生成機理和消減方法。3. 重點：掌握低氮燃燒的措施與技術、煙氣脫硫技術。4. 難點：NOx的生

9、成機理。四、教學方式及學時分配教學方式主要采用CAI教學+實踐訓練+過程考核。為了提高學生的學習興趣和鍛煉學生理論聯(lián)系實際的能力，強化學生課堂教學的主體地位，讓學生完成預習課程內(nèi)容、查閱分析文獻、團隊完成項目課題和課堂報告等內(nèi)容。序號主要內(nèi)容主要教學方式學時分配輔導答疑比 例一1. 緒論1.1 燃燒概述1.2 燃燒方式1.3 能源分布概況講授/討論12 ：1二2. 燃料2.1 固體燃料2.2 液體燃料2.3 氣體燃料2.4 煤粉成分分析講授22 ：1三 3. 燃燒反應計算和化學熱力學3.1 空氣過剩系數(shù)3.2 化學當量比3.3 煙氣生成量；3.4 空氣需要量3.5 焓值計算3.6 絕熱火焰溫度

10、3.7 理論燃燒溫度3.8 熱力學第一定律3.9 熱力學第二定律講授/討論22 ：1四4. 射流理論4.1 射流的種類及特點4.2 射流中的混合及傳質4.3 射流的影響講授/討論22 ：1五5. 燃燒化學反應動力學基礎5.1 化學反應速率5.2 質量作用定律5.3 反應級數(shù)5.4 基元反應速率5.5 多步反應機理講授/討論22 ：1六6. 著火過程6.1 自燃著火6.2 爆燃過程6.3 強迫著火6.4 著火理論講授/討論42 ：1七7. 燃燒傳播過程與火焰的結構及其穩(wěn)定7.1 層流火焰結構7.2 湍流火焰結構7.3 火焰穩(wěn)定性7.4 火焰前沿7.5 回火7.6 脫火講授/討論62 ：1八8.

11、燃燒方法與裝置8.1 有焰燃燒裝置8.2 無焰燃燒裝置8.3 霧化機理8.4 液滴的擴散燃燒理論8.5 燃燒器的設計講授/討論82 ：1九9. 燃燒污染物控制技術9.1 NOx生成機理9.2 SOx生成機理9.3 低氮燃燒9.4 燃燒新技術專題講授/討論52 ：1合計32五、課程其他教學環(huán)節(jié)要求（一）課堂報告要求：學生團隊完成燃燒學課程相關選題的文獻查詢、組內(nèi)討論、論文編寫、課堂報告等任務。（二）計算軟件編制要求：熟練掌握Excel制表和計算；初步掌握FLUENT的操作和基本優(yōu)化，會利用CAD制圖和PPT制作。（三）專業(yè)英語訓練要求：學生掌握化學工程與工藝專業(yè)、燃燒課程相關的專業(yè)英語詞匯和基本

12、概念，能夠應用英語閱讀專業(yè)工具書籍和文獻；（四）文件檢索能力要求：學會文獻檢索，查閱整理，形成論文的能力。五、本課程與其他課程的聯(lián)系在學習本課程之前，學生應先修課程是：高等數(shù)學、大學物理、物理化學、化工原理。本課程需要熱物理基礎知識及較高的數(shù)理基礎為前提，為煉焦學、潔凈煤技術等后續(xù)課程學習、科技文獻閱讀、進一步科學研究奠定基礎。六、建議教材及教學參考書目建議教材燃燒學理論及應用李先春主編，冶金工業(yè)出版社，2019。參考書目燃燒學徐通模編，機械工業(yè)出版社，2017。燃燒理論與污染控制岑可法，姚 強，駱仲泱，高翔編，機械工業(yè)出版社，2003。An Introduction To Combustion Stephen R.Turns，Printed in Singapore, International Editions, 2000。燃燒學導論姚強編，清華大學出版社，2015。工程燃燒學汪軍編，中國電力出版社，2008。