1高等燃烧学复习总结高等燃烧学复习总结第一章第一章 化学热力学及化学动力学化学热力学及化学动力学化合物的生成焓化合物的生成焓：当化学元素在化学反应中构成一种化合物时生成或吸收的能量为了定 量表述方便，定义了一个标准生成焓：各化学元素在 25°C(298K） ，1 个大气压条件下形成1mol 化合物所产生的焓的增量符号：0 298fh反应焓反应焓：在几种化合物（或元素）相互反应形成生成物时放出或吸收的能量其数值等于生成物与反应物生成焓之差即：式中：—1 个大气压，000sjRTsfTjfT s Pj RHMhMh0 RTHT 温度下的反应焓；—生成物的 mol 数；—反应物的 mol 数sMjM燃烧热燃烧热：1mol 燃料完全燃烧放出的热量为化合物的燃烧热 （如果燃烧发生于定压过程， 这时的燃烧热称为燃烧焓 ） 燃烧焓燃烧焓：系统经历一个等压过程，过程中物质组分发生变化，而温度与初始状态相同时， 系统放出的热量吉布斯自由能吉布斯自由能： fhTS赫尔霍姆茨自由能赫尔霍姆茨自由能：AETS标准反应自由能标准反应自由能：000 298298298RSfsjfj S Pj RFMfMf标准生成自由能标准生成自由能：0 298ff拉道西拉道西——拉普拉斯定律拉普拉斯定律：使一化合物分解成为组成它的元素所需供给的能（热）量和由元 素生成化合物产生的能（热）量相等。
即：化合物的分解热等于它的生成焓，而符号相反阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律：0E RTkk e平衡常数与标准反应自由能的关系平衡常数与标准反应自由能的关系：00 ln;expRR ppFFkkRTRT 化学动力学中采用的几个基本概念化学动力学中采用的几个基本概念 一、浓度及其表示法一、浓度及其表示法1、分子浓度—单位容积内某物质的分子数：[1/m3]i iNnVNi—某物质的分子数目2、mol 浓度—单位容积内某物质的 mol 数:[mol/m3]0ii imNCVN VN0—Avogadro(阿佛加德罗)常数；mi—某物质的 mol 数3、质量浓度—单位容积内某物质的质量:[g/m3]i iG VGi—某物质的质量与 Ci的关系： mi—某物质的分子量iiimC4、各组分的相对浓度2（1）相对 mol 浓度;.(由状态方程);iii i iiiNnCxNnCi iC RTxPMPCVRT.()0i in RTxN P00ii inNCNN V（2）相对质量浓度：；ii i iiGfG 1if 二、化学反应速率：二、化学反应速率：反应物或生成物的浓度对时间的变化率。
如有反应： αA + βB cC + dD0;';';::::: :CAAABD AAAAdCdCdndCdCdCwwwN wc ddtdtdtdtdtdt 三、活化能三、活化能 E E：为使某一化学反应能够进行，分子所需获得的最低能量能量达到或超过活 化能的分子称为活化分子第二章第二章 燃烧物理学基本方程燃烧物理学基本方程泽尔多维奇（泽尔多维奇（ZeldovichZeldovich）转换：）转换：对守恒方程的数学处理方法，引入两个综合函数，提出了 一种转换法，可以把两种组分的扩散方程、或某一组分的扩散方程和能量方程相合并，在 表观上消去源项 广义雷诺（广义雷诺（ReynoldsReynolds）比拟：）比拟：在研究速度场、温度场、浓度场时常常采用无量纲形式，有 助于了解他们之间的关系 StefanStefan 流：流： 燃烧问题中，相界面处存在着法向的流动（与单相流动不同） 单组分流动：粘性流体流过惰性表面时，则认为在表面处有一附面层 多组分流动有两种情况： 1、多组分流体在一定条件下，在表面处将形成一定的浓度梯度，因而可能形成各种组 分的法向扩散物质流。
2、如果相界面上有物理或化学过程存在，也会产生或消耗一定的质量流在物理或化 学过程作用下，表面又会产生一个与扩散物质流有关的法向总物质流这个总物质流是表 面本身的因素造成的 这种现象是 Stefan 在研究水面蒸发时首先发现的，因此称为 Stefan 流第三章第三章 预混气的着火与灭火预混气的着火与灭火着火条件着火条件：如果在一定的初始条件（闭口系统）或边界条件（开口系统）之下，系统将不 能在整个时间区段内或空间区段内保持低温水平的缓慢反应态，而会出现一个剧烈加速的 过渡过程，使整个系统在某个瞬间或空间某部分达到高温反应态（即燃烧态） ，实现这个过 渡过程的初始条件或边界条件便称为“着火条件” 着火条件的特点着火条件的特点： （1）不表示状态水平，不能预示出最后的稳定燃烧处于什么状态 （2）着火条件不是一个简单的初温的函数，而是化学动力学和流体力学参数的综合函数 对一定的可燃混气，其着火条件可表示为：闭口系统：；开口系统： ,, , ,0df Tp d u,,, , ,0idf x Tp d u热自然理论的基本出发点热自然理论的基本出发点：3放热 → T↑ →w↑ →T ↑↑ → w↑↑ →促进着火 散热 → T↓ →w ↓ →阻碍着火 可见其它条件相同时 Q 大，w 大，容易着火。
热着火理论认为：着火是反应放热因素和散热因素相互作用的结果如果在某一系统中反 应放热占优势，则着火成功，否则就不易着火 闭口系统的热力着火：闭口系统的热力着火： 闭口系统无实际应用价值，但容易抓住问题的本质 Van’t – Hoff ：提出了热力着火的基本思想； Le – chatelier ：提出了放热和散热曲线相切的着火临界条件； Simonov：完成了热力着火理论的数学描述 SimonovSimonov 的非稳态分析法：的非稳态分析法： 有一体积为 V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其浓度为 C(kg/ m3)， 容器的壁温为 T0 (K)，容器内的可燃气体混合物正以速度 w(kg/ m3s)在进行反应，化学反 应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部份则通过 容器壁而传给周围环境 基本假设： 1．容器容积为 V，表面积为 F，容器内各处的混合物浓度及温度都相同 2．在反应过程中，容器 V 内各处的反应速度都相同 3．容器的壁温 T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就 是壁温和混合物之间的温压 4．在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计的。
结论： 1．着火是化学动力学因素和传热传质因素相互作用的结果 2．着火条件是温度，压力，混合比，容器尺寸构成的函数关系 3．着火温度随压力上升而下降 4．着火温度随容器尺寸增大而下降 5．压力，直径不变时如果改变混合比，存在着火温度最小值和着火的贫限与富限 ToutesToutes 的非稳态分析法的非稳态分析法： 简化了 Simonov 的着火条件，得到了更严格的着火感应期 τi的解托特斯首先引入了一个与散热有关的新变量—热松弛时间 τr，也即当受热为的气体，由于器壁的TTT散热而使温度下降 e 倍所需的时间其次，又用化学反应时间 τc来归并化学动力参数T 托特斯同样由反应物浓度不变的前提出发，求解绝热条件下的能量方程得到了着火的感应 期，但是在数学处理上略有不同，他没有采用指数项近似展开法，而是利用所谓 Eikin 函 数 Frank-KamenetskyFrank-Kamenetsky 的非稳态分析法：的非稳态分析法：用无因次分析的方法讨论了着火的不稳定理论，得出了着火条件，其结果与托特斯分 析的结果一致 Frank-KamenetskyFrank-Kamenetsky 的稳态分析法：的稳态分析法： Semenov 采用的是非稳态的分析方法，且假定容积(V)中的可燃混合气组分均匀分布， 从而确定着火的临界条件。
而 Frank-Kamenetsky 考虑在一定的环境温度下，容器内由于导 热效应而形成稳定的温度分布，如果达到着火条件，则容器中稳定的温度分布将成为不可 能而着火，这就是 Frank-Kamenetsky 的稳态分析法的要点 基本假设：1）密闭容器中混气无对流；2）化学反应及导热过程处于稳定状态 点燃理论：点燃理论：4在燃烧技术中，为了加速着火，往往由外界加入热量，使局部地区的可燃混合物着火 而燃烧，然后火焰向其它地区传播，使全部可燃混合物着火和燃烧 这种由外界加入能源， 使可燃混合物在加入能源的附近发生着火燃烧的方法称为点燃着火法 点燃着火和热自燃在本质上并没有原则的差别 零值边界梯度法：零值边界梯度法： 1.单组分无反应气体流过加热平板层流边界层，当 x 趋于无限大，壁面温度梯度趋于零 2.多组分有反应气体流过加热平板，板温略高于冷气体温度时，反应使温度分布缓慢变形， 到某一 x 距离，壁面温度梯度可能成为零，但显然无着火 3.多组分有反应气体流过加热平板，板温很高（如近于 1000℃）时，着火可能发生于某一 个 x 距离处，此后温度分布产生峰值 4.可以规定壁面温度梯度为零处为着火距离，因为此后热将由气体传给壁面。
5.若板长 L 小于 xi，点燃不成功 点燃成功的条件可用零值梯度来表示：，,0iTxxy即：iixLxL点燃成功点燃失败电火花点燃理论（半经验理论）电火花点燃理论（半经验理论）：在静止混气中,电极间的火花使气体加热,我们假定电火花加热区是球形,并进而假定: ①电极间的距离足够大（大于或等于球形火花直径）,这样电极对球形火花的熄火作用可忽 略不计②火花点燃混气完全是热的作用③反应为二级反应④球形火花的最高温度是混气理论燃烧温度 Tm,从球心到球壁上温度是均匀分布的环境温度是在点火成功时,T在火焰厚度 δ 内形成温度由 Tm变到的稳定温度分布当火球的半径达到一定值时，则T形成稳定的火焰，并向混气中传播因此我们的任务就在于求得这个最小的火球半径 rmin， 或它所对应的火球的最小点燃能量 热气流点燃热气流点燃： 热气流温度，混气的过量空气系数，混气的流速及混气的性质对点燃过程有着重要的 影响 简单开口系统的着火、灭火分析简单开口系统的着火、灭火分析 1.以上的分析都是在浓度不变的假设下进行的，实际上，燃料一旦着火其浓度将变小，并 出现燃烧 2.在密闭容器中，当考虑浓度有变化时，放热曲线和散热曲线在高温区有第三个交点，即 稳定燃烧态。
3.如果着火后外界参数急剧恶化，如散热增强，气流加速等，可能会使系统灭火可以达 到第二个临界点，即灭火点 4.灭火点和着火点不重合，虽然二者的规律有类似之处，但着火和灭火不是完全可逆的 着火—低水平的稳定状态（缓慢氧化）向高水平的稳定状态（燃烧态）的过渡； 灭火—高水平的稳定状态（燃烧态）向低水平的稳定状态（缓慢氧化）的过渡第五章第五章 预混气的层流燃烧及气体扩散燃烧预混气的层流燃烧及气体扩散燃烧爆震波爆震波：燃烧波以超音速传播爆震燃烧波的传播不是通过传热传质发生的，它是依靠激 波的压缩作用使未燃混气的温度升高而引起化学反应，从而使燃烧波不断推进这种燃烧 波传播速度很高，常大于 1000m/s，其传播过程是稳定的 缓燃波缓燃波：燃烧波以亚音速传播又叫火焰正常传播，它是依靠导热使未燃混气温度升高 （或由于扩散使活化的中间产物输运到未燃混气中）而引起反应，从而使燃烧波不断向未5燃混气中推进这种燃烧波的传播速度不大于 1～3m/s，且传播过程也是稳定 火焰传播的热理论火焰传播的热理论 •火焰的传播是靠高温燃烧，燃烧产物通过导热不断使相邻的新鲜混气升温，着火，燃烧•导热和反应是支配火焰传播的两个重要因素 •把活化中心的扩散考虑在反应放热中。
焰传播的扩散理论焰传播的扩散理论 •所有燃烧都属于链式反应 •火焰的传播是。