《工程燃燒學》課件

《工程燃燒學》課程簡介本課程將介紹燃燒的基本原理，探討燃燒現(xiàn)象及其在工程中的應用，為學生打下堅實的工程燃燒學基礎。課程學習目標1掌握燃燒基本理論包括燃燒過程、化學反應動力學、火焰?zhèn)鞑ズ头€(wěn)定性等2了解各種燃料性質(zhì)涵蓋燃料的物理化學性質(zhì)、熱分解、噴霧特性等3學習燃燒設備設計包括燃氣輪機、柴油機、汽油機等燃燒室設計原則和方法4掌握燃燒污染物控制技術了解燃燒排放污染物的類型、形成機理和控制方法燃燒基礎知識燃燒定義燃燒是物質(zhì)與氧化劑之間的一種快速化學反應，伴隨發(fā)光和放熱現(xiàn)象。燃燒條件可燃物、氧化劑、溫度達到燃點。燃燒類型根據(jù)燃燒過程和火焰形態(tài)，可分為擴散火焰、預混火焰等。反應動力學化學反應速率研究反應速率受溫度、壓力、濃度等因素的影響?；罨芊磻M行所需的最低能量，決定了反應速率的大小。反應機理闡明反應過程中的步驟和中間產(chǎn)物，幫助理解反應過程。燃料的物理化學性質(zhì)密度燃料的密度是指單位體積燃料的質(zhì)量，對燃燒過程的影響很大。燃燒熱燃燒熱是指單位質(zhì)量燃料完全燃燒時所釋放的熱量，是燃料的重要指標。粘度燃料的粘度是指燃料抵抗流動的能力，影響燃料噴霧和混合過程。揮發(fā)份揮發(fā)份是指燃料在特定溫度下?lián)]發(fā)的物質(zhì)，影響燃料著火性能和燃燒穩(wěn)定性。有機燃料的熱分解熱解在沒有氧氣的情況下，有機燃料受熱分解成氣體、液體和固體產(chǎn)物的過程。氣體產(chǎn)物主要包括可燃氣體，如氫氣、一氧化碳和甲烷。液體產(chǎn)物主要包括焦油和水，其中焦油是復雜的混合物。固體產(chǎn)物主要包括炭，是燃料的殘余物，具有較高的碳含量。擴散火焰燃料與氧化劑擴散火焰中，燃料和氧化劑相互擴散并混合?；旌蠈釉诨旌蠈又校剂虾脱趸瘎┌l(fā)生化學反應，產(chǎn)生火焰。熱量傳遞火焰釋放熱量，促進燃料和氧化劑的進一步混合和燃燒。預混火焰定義燃料與氧化劑在燃燒前已充分混合，燃燒過程由火焰前沿的化學反應控制。特征燃燒速度快，火焰穩(wěn)定性高，可用于各種燃燒設備。動力學控制過程化學反應速度燃燒反應的速率受溫度、濃度和催化劑影響.活化能反應開始所需的最小能量,活化能越低,反應越快.擴散速率燃料和氧化劑的混合速率影響燃燒過程.熱量傳遞熱量的傳遞影響火焰的傳播和穩(wěn)定性.火焰穩(wěn)定性火焰穩(wěn)定條件燃燒過程中，火焰保持在某一位置穩(wěn)定燃燒。影響因素流速、混合比、溫度等因素都會影響火焰的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性指標熄火極限、回火極限等參數(shù)可以衡量火焰的穩(wěn)定性。燃料噴霧特性噴霧角度噴嘴設計影響噴霧角度，影響混合效率液滴尺寸液滴尺寸影響蒸發(fā)速度和燃燒效率噴霧分布噴霧分布影響混合均勻性噴霧流動與蒸發(fā)過程1噴霧形成燃料噴射器將液體燃料分解成細小的液滴。2噴霧流動液滴在氣流中運動，受到空氣阻力、重力等因素的影響。3蒸發(fā)液滴表面上的液體蒸發(fā)成氣態(tài)燃料?；旌线^程及其動力學燃料與空氣的混合燃燒過程中，燃料與氧化劑的混合是至關重要的步驟?；旌铣潭戎苯佑绊懭紵屎团欧拧Ｍ牧骰旌贤牧骺梢燥@著提高混合速率，但同時也會增加混合過程的復雜性。混合時間混合時間是評價混合效率的重要參數(shù)，它與燃料和氧化劑的性質(zhì)、混合設備的結構和操作條件有關?；鹧?zhèn)鞑C理火焰前鋒火焰前鋒是燃燒反應區(qū)和未燃混合物之間的界面。擴散火焰燃料和氧化劑在混合過程中發(fā)生燃燒反應，形成擴散火焰。預混火焰燃料和氧化劑已預先混合，在火焰?zhèn)鞑ミ^程中發(fā)生燃燒反應?；鹧?zhèn)鞑ニ俣扔嬎慊鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣仁且粋€重要的參數(shù)，影響著燃燒過程的穩(wěn)定性和效率。計算方法包括實驗測量和理論模型。理論模型需要考慮火焰結構、化學反應、熱量傳遞等因素。噴霧燃料燃燒理論1混合控制噴霧燃料燃燒過程通常受混合控制，燃料蒸發(fā)和與空氣混合是影響燃燒的關鍵因素。2噴霧特性噴霧的粒徑分布、速度和濃度影響著混合和燃燒效率。3燃燒模型為了預測噴霧燃料燃燒，需要使用復雜的燃燒模型，考慮火焰?zhèn)鞑?、熱量傳遞和化學反應。柴油機燃燒過程1預混燃燒燃料與空氣混合，發(fā)生燃燒2擴散燃燒燃料與空氣擴散混合，發(fā)生燃燒3燃燒階段點火延遲，快速燃燒，后燃汽油機燃燒過程1混合氣形成進氣門開啟，新鮮空氣與汽油混合2點火火花塞點燃混合氣，形成火焰核3火焰?zhèn)鞑セ鹧嫜杆傧蛭慈蓟旌蠚鈧鞑?燃燒完成混合氣完全燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體燃氣輪機燃燒室設計燃燒效率燃氣輪機燃燒室設計需要優(yōu)化燃燒效率，以最大限度地提高燃料的熱能轉化為機械能。排放控制降低氮氧化物、碳氫化合物和顆粒物等有害排放，滿足環(huán)境法規(guī)要求。穩(wěn)定性確保燃燒穩(wěn)定，防止火焰熄滅或回火，保證燃氣輪機安全運行。燃燒排放污染物二氧化碳主要溫室氣體，對氣候變化有重大影響。氮氧化物造成酸雨和光化學煙霧的主要污染物。硫氧化物導致酸雨和呼吸道疾病的污染物。顆粒物細顆粒物對人體健康危害極大，可導致呼吸系統(tǒng)疾病。污染物排放控制技術煙氣脫硫降低二氧化硫排放的技術，包括石灰石-石膏法、氨法、海水脫硫法等。煙氣脫硝減少氮氧化物排放的技術，如選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）等。顆粒物控制去除煙氣中的顆粒物，包括布袋除塵器、靜電除塵器、旋風除塵器等。VOCs控制治理揮發(fā)性有機化合物排放，包括燃燒法、吸附法、冷凝法、生物法等?；馂氖鹿史治鍪鹿尸F(xiàn)場調(diào)查收集證據(jù)，例如目擊者證詞、監(jiān)控視頻和物證?；馂钠鹨蚍治龃_定火災的直接原因，例如電氣故障、機械故障或人為因素?；馂穆舆^程分析研究火災的傳播路徑，包括火勢蔓延速度、燃燒面積和熱量釋放。人員傷亡及財產(chǎn)損失評估評估火災造成的直接損失，包括人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染。火災模擬及預測1數(shù)值模型使用計算機程序模擬火災行為，例如火勢蔓延、熱量釋放和煙霧擴散。2實驗驗證通過實驗證據(jù)驗證模型的準確性，例如小型火災實驗或大型火災試驗。3預測結果根據(jù)模擬結果預測火災風險，例如火勢蔓延速度、人員疏散時間和火災損失。燃料電池工作原理化學反應燃料電池將燃料中的化學能直接轉化為電能，無需燃燒。氫氣大多數(shù)燃料電池使用氫氣作為燃料，氫氣與氧氣反應生成水，釋放能量。電化學反應過程中產(chǎn)生的電子通過外部電路，形成電流，為設備供電。燃料電池技術發(fā)展燃料電池技術的研發(fā)歷史可以追溯到19世紀，隨著技術進步和能源需求增長，近年取得顯著進展，燃料電池技術不斷成熟。燃料電池技術在汽車、電力、建筑等領域具有廣泛應用潛力，是實現(xiàn)低碳、清潔能源的重要方向，未來發(fā)展前景廣闊。燃料電池技術面臨的關鍵挑戰(zhàn)包括成本高、壽命短、效率低等問題，需要持續(xù)研究和創(chuàng)新以突破技術瓶頸。生物質(zhì)能的利用1可再生能源生物質(zhì)能是一種可再生能源，可以持續(xù)利用，減少對化石燃料的依賴。2環(huán)境友好生物質(zhì)能燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量與植物生長過程中吸收的二氧化碳量基本相同，屬于碳中和能源。3多種形式生物質(zhì)能可以多種形式利用，例如：直接燃燒、氣化、液化等。潔凈煤技術燃煤脫硫技術利用各種方法降低燃煤煙氣中的二氧化硫含量，減少酸雨污染。燃煤脫硝技術通過選擇性催化還原等技術，降低燃煤煙氣中的氮氧化物排放，保護空氣質(zhì)量。燃煤除塵技術采用先進的除塵器，有效去除燃煤煙氣中的粉塵顆粒，減輕空氣污染。高效煤燃燒技術提高燃燒效率，減少煤炭消耗，降低二氧化碳排放。節(jié)能減排技術可再生能源利用太陽能、風能等可再生能源，減少化石燃料的使用。提高能源效率采用節(jié)能燈具、高效電機等，降低能耗。污染物排放控制使用煙氣脫硫、脫硝等技術，減少污染物排放?？稍偕茉蠢?太陽能太陽能是利用太陽的光和熱來發(fā)電。2風能風能是利用風力來發(fā)電。3水能水能是利用水流的動能來發(fā)電。4地熱能地熱能是利用地球內(nèi)部的熱能來發(fā)電。實踐應用案例本課程將結合實際工程應用案例，深入探討工程燃燒學原理在不同領域中的應用。例如：燃氣輪機燃燒室設計與優(yōu)化內(nèi)燃機燃燒過程控制與排放治理火災安全防