燃燒學作者簡介

徐通模，1939年11月生，西安交通大學教授、博士生導師，國家級有突出貢獻中青年專家。1961年7月畢業(yè)于西安交通大學動力機械制造系鍋爐制造專業(yè)。近50年來.一直從事熱能工程領域氣固兩相流及燃燒學科的教學和科研工作。主講燃燒學、流體力學、鍋爐原理、燃燒科學與技術的近代進展等本科及研究生課程。

《燃燒學》共三篇，從內容編排上分三個層次和七個章節(jié)展開。第一篇為學習燃燒學必須掌握的燃燒化學反應動力學和以動量、熱量、質量傳遞為核心的燃燒空氣動力學，這是燃燒學的理論基礎；第二篇為燃燒科學內在的基本原理和規(guī)律，著重介紹燃料著火理論，氣、油、煤燃燒過程特點；第三篇為啟迪讀者深入思考的幾個熱門科技命題：燃燒過程中NOx的生成和控制、催化燃燒，燃燒數值模擬及燃燒實驗的相似原理和?；椒ǖ?。全書各章都附有思考題和習題，有些還附有參考答案和提示，以幫助讀者理解和掌握書中的核心內容?！度紵龑W》可作為高等學校動力工程與工程熱物理學科本科生教材，也可作為燃燒科技領域的研究生和工程技術人員以及廣大燃燒科學愛好者有益的參考書。

前言

第一篇 燃燒基礎

第一章 燃燒化學反應動力學基礎

第一節(jié) 燃燒化學反應動力學概述

第二節(jié) 燃燒化學反應速率

一、濃度

二、化學反應速率

三、基元反應與總包反應

四、質量作用定律

五、反應級數

六、基元反應的化學反應速率

七、總包反應的化學反應速率

第三節(jié) 影響化學反應速率的因素

一、溫度對化學反應速率的影響阿累尼烏斯定律

二、活化能丑對化學反應速率的影響

三、壓力對化學反應速率的影響

四、反應物濃度和摩爾分數對化學反應速率的影響

五、催化作用對化學反應速率的影響

第四節(jié) 鏈式化學反應

一、鏈式反應的特點

二、不分支鏈式反應

三、分支鏈式反應

四、分支鏈式反應的孕育與爆炸特點

第五節(jié) 燃燒化學反應中的化學平衡

第六節(jié) 氮氧化物形成的化學反應機理

思考題和習題

參考文獻

第二章 燃燒空氣動力學基礎——混合與傳質

第一節(jié) 湍流的物理本質和數學描寫

一、湍流脈動

二、湍流的數學描寫——雷諾方程組

三、湍流附加應力的假定

第二節(jié) 動量、熱量和質量傳遞的比擬

一、分子運動擴散和湍流運動擴散

二、熱量交換和質量交換的比擬

第三節(jié) 湍流射流中的積分守恒條件

一、湍流自由射流的特性

二、伴隨流射流中的積分守恒條件

三、自由射流的積分守恒條件

四、“三傳”過程中普遍適用的二元微分方程組

第四節(jié) 湍流自由射流中的混合與傳質

一、湍流自由射流軸心線上參數的變化規(guī)律

二、大溫差不等溫自由射流的湍流混合與傳質

三、射流本身因燃燒而不斷升溫情況下的混合與傳質

四、氣．固（液）兩相射流中的混合與傳質

第五節(jié) 旋轉射流中的混合與傳質

一、旋轉射流的特性

二、旋流強度及旋轉射流的流動形式

三、各種旋流器旋流強度的計算

四、旋轉射流的一些實驗研究結果介紹

第六節(jié) 鈍體射流中的混合與傳質

一、鈍體射流的流動結構

二、鈍體射流的流動特性

第七節(jié) 平行與相交射流中的混合與傳質

一、混合與傳質的動力參數條件

二、平行射流

三、相交射流

四、橫向射流

思考題和習題

參考文獻

第二篇 燃燒原理

第三章 著火理論

第一節(jié) 著火的基本概念

一、著火過程

二、著火方式與機理

三、著火條件的數學描述

第二節(jié) 熱自燃理論

一、熱自燃條件

二、熱自燃溫度

三、熱白燃界限

四、熱自燃孕育期

第三節(jié) 鏈鎖白燃理論

一、鏈鎖自燃與熱自燃

二、鏈鎖自燃條件

三、鏈鎖自燃孕育期

第四節(jié) 強迫點燃理論

一、強迫點燃與熱自燃

二、強迫點燃方法

三、熾熱物體點燃理論

第五節(jié) 燃燒熱工況

一、零元系統的燃燒熱工況

二、一元系統的燃燒熱工況

思考題和習題

參考文獻

第四章 氣體燃料燃燒

第一節(jié) 火焰?zhèn)鞑?

一、火焰?zhèn)鞑ガF象

二、正常火焰?zhèn)鞑?

第二節(jié) 正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣?

一、正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊睦碚撉蠼饧胺治?

二、正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊闹饕绊懸蛩?

第三節(jié) 擴散火焰與預混火焰

一、燃燒方式與火焰結構

二、氣體燃料的預混燃燒

三、氣體燃料的擴散燃燒

第四節(jié) 火焰穩(wěn)定的原理和方法

一、火焰穩(wěn)定的基本條件

二、火焰穩(wěn)定機理

三、高速氣流中火焰的穩(wěn)定

四、火焰穩(wěn)定的主要方法

第五節(jié) 湍流燃燒火焰特點

一、湍流火焰?zhèn)鞑サ陌櫿郾砻嫒紵碚?

二、湍流火焰?zhèn)鞑サ娜莘e燃燒理論

三、湍流擴散燃燒

思考題和習題

參考文獻

第五章 液體燃料燃燒

第一節(jié) 液體燃料的特性

一、油類燃料特性

二、其他液體燃料

第二節(jié) 液體燃料的霧化

一、霧化過程及機理

二、噴嘴

三、液體燃料霧化性能

第三節(jié) 液滴的蒸發(fā)

一、液滴蒸發(fā)時的斯蒂芬流

二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā)

三、強迫氣流中液滴的蒸發(fā)

四、液滴群的蒸發(fā)

第四節(jié) 液滴燃燒

一、靜止液滴的燃燒

二、強迫氣流中液滴的燃燒

三、液滴群的燃燒

四、合理配風

思考題和習題

參考文獻

第六章 煤的燃燒

第一節(jié) 煤的燃燒過程、特點及其熱解

一、煤的燃燒過程

二、水分的蒸發(fā)過程及對燃燒的影響

三、煤的熱解與揮發(fā)分的燃燒

四、煤粒的著火

五、煤粒燃燒的一些實驗研究結果

六、影響煤粒著火的因素

七、焦炭的燃燒特性

第二節(jié) 碳燃燒化學反應的過程

一、碳燃燒化學反應的步驟

二、碳燃燒過程中的吸附和解吸

三、碳燃燒過程中的擴散

第三節(jié) 碳的動力燃燒與擴散燃燒

第四節(jié) 碳的燃燒化學反應

一、碳的品格結構

二、碳與氧的反應機理

三、碳和二氧化碳的反應機理

四、碳與水蒸氣的反應

五、表面反應的碳球燃燒速率

六、二次反應對碳燃燒過程的影響

七、具有空間二次反應的碳球燃燒速率

第五節(jié) 多孔性碳球的燃燒

第六節(jié) 灰分對焦炭燃燒的影響

一、碳粒燃燒過程的物理模型

二、不同燃燒溫度下灰分對燃燒的影響

三、灰分對焦炭燃燒的其他影響

第七節(jié) 煤粉燃燒

一、煤粉氣流的輸送與分配

二、煤粉氣流的著火

三、旋轉射流中煤粉的著火

四、直流射流中煤粉的著火

五、煤粉氣流的燃盡過程

思考題和習題

參考文獻

第三篇 燃燒科學技術的新發(fā)展

第七章 燃燒科學技術發(fā)展中的幾個科學問題

第一節(jié) 氮氧化物的生成機理及燃燒控制

一、概述

二、煤燃燒過程中NOx的生成機理

三、煤燃燒過程中N0x的破壞機理

四、影響煤粉爐內Nox生成的因素

第二節(jié) 催化燃燒

一、催化燃燒控制NOx和CO生成的原理

二、典型催化燃燒室

三、催化燃燒催化劑的研究進展

第三節(jié) 燃燒過程的相似與?；?

一、相似理論在燃燒過程中的應用

二、燃燒空氣動力過程的物理?；?

第四節(jié) 燃燒過程數值模擬

一、基本原理、算法與程序特點

二、數值模擬的結果

思考題和習題

參考文獻 2100433B

測定燃燒熱的方法一般分為定容和定壓兩種。根據熱力學第一定律，定容燃燒熱等于燃燒反應的內能變化ΔUc，定壓燃燒熱等于燃燒反應的焓變化 ΔH,式中Δn為燃燒反應中氣相物質增加的摩爾數；R為氣體常數；T為反應溫度。

燃燒熱與溫度的關系可用基爾霍夫定律表示：

式中的下標p、V分別表示定壓或定容過程;ΔC表示產物和反應物總熱容之差。

燃燒熱應指明相應的燃燒反應的熱化學方程，其中反應物和產物都要標明它的狀態(tài)，方程中的系數表示物質的摩爾數。按熱力學規(guī)定，放熱反應的熱效應為負值。例如:H2(氣，1大氣壓,25℃) 0.5O2(氣,1大氣壓,25℃)=H2O(液，1大氣壓，25℃)，ΔH懢=-285.830±0.042千焦/摩爾。

熱力學中采用標準態(tài)作為參考態(tài)。標準態(tài)的燃燒熱用ΔH懢或ΔU懢表示。標準態(tài)的燃燒反應是一個理想的過程，其反應物和產物分別處在各自的熱力學標準態(tài)（見標準熱力學函數）。

由于燃燒反應比較完全，熱效應大且副反應少，燃燒量熱法準確度高，適用范圍廣。燃燒熱主要用來求出物質的生成焓。在工業(yè)上，燃燒熱值是煤、石油等能源的一個重要質量指標。

氧彈量熱學 氧彈是一種耐壓的金屬密封容器，內部充入約30大氣壓的氧氣。大多數有機物在彈中能迅速、完全地燃燒，生成二氧化碳和水以及其他產物。氧彈量熱計從結構上可分為：①靜止氧彈量熱計，有環(huán)境等溫和絕熱跟蹤兩類，工業(yè)上用于熱值的測定,精密度可達0.1%～0.2%。圖1是研究用的儀器，精密度可達0.01%左右。②轉動氧彈量熱計，除氧彈轉動裝置外，其余和靜止氧彈量熱計類似（圖2）。根據需要，彈內可以加入一些試劑與燃燒產物進一步反應。轉動氧彈可以增加反應速率和加速氣液平衡，得到確定的終態(tài)。例如，燃燒含氯化合物時，彈中加入三氧化二砷溶液，與燃燒產物氯發(fā)生反應，最后得到均勻的鹽酸溶液?！≡谘鯊椓繜釋W中，視研究對象所含元素的不同，燃燒技術、產物分析和標準態(tài)更正都將不同。為了核對各類物質測試方法的可靠性，已分別推薦了一些燃燒熱已準確測定過的試驗物質。

燃燒量熱學氧火焰量熱學

分為連續(xù)氣流和不連續(xù)氣流兩類，研究所用儀器的精密度約為0.01%，除燃燒室和供氣系統外,其余與氧彈量熱計類似。圖3為燃燒室示意圖，氣體或蒸氣（用氬氣作載氣）燃料與氧氣在燃燒室內混合后燃燒，產生平穩(wěn)火焰。產物恒溫后流出量熱計，通過產物分析進行化學計量。量熱計可用電能法或氫和氧燃燒反應來標定能當量。推薦的試驗物質是甲烷。研究對象包括含碳、氫和碳、氫、氧的有機化合物。對含氮和氯的化合物研究得很少，主要困難是不易燃燒完全和不易得到完全確定的終態(tài)。

燃燒量熱學氟彈量熱學

一些物質在氧中燃燒不完全或生成物復雜，使測量不準確。如用氟（或其他鹵素）代替氧作氧化劑，可以燃燒完全或形成單一含氟產物。但需要特別注意氟的腐蝕性和毒性。彈的結構有各種不同的設計，常分作單室的和雙室的兩種。雙室氟彈適合于對氟敏感的物質，點火前把氟單獨貯存在另一室中。對單室氟彈，建議用鎢作試驗物質，對雙室氟彈建議用鎢或硫作試驗物質。研究對象有元素氟化物、元素氯（溴）化合物等。

燃燒量熱學氟火焰量熱學

包括用氟或具有反應活性的氟化物、鹵素等代替氧的火焰量熱學研究。燃燒室分為單相和雙相結構兩類。單相結構中反應物和產物都是氣體。但當產物中有氟化氫生成時，由于它的非理想性和實際氣體熱焓的不準確性，帶來較大誤差。雙相結構使氣體產物通過水溶液進一步反應，以克服上述缺點。單相儀器可用電能法標定，雙相儀器可用氫和氧的燃燒反應標定。研究對象有：①氫－鹵素反應;②鹵素－氫－水反應;③鹵素間化合物；④鹵素氧化物；⑤鹵素氮化物等。

自動化和計算機的應用使量熱工作比過去容易多了。當前燃燒量熱學正繼續(xù)向精密、準確和新化合物領域發(fā)展。在儀器方面，量熱計小型化是一個發(fā)展動向，以便解決那些非常昂貴、難于合成或提純、易于爆炸的化合物的測定。此外，為了避免攪拌水型結構的缺點，無液型量熱計的研究也受到重視。在研究對象方面，當前對于含碳、氫、氧、氮的化合物已測得了大量的準確數據；對含硫和鹵素的化合物，準確測定的方法已基本建立，但數據還有待積累。對其他化合物，特別是有機金屬化合物的研究剛開始，許多重要的數據缺乏。目前影響測量準確性的困難仍然主要來自化學部分。應當指出，生成熱數據除可用熱化學實驗測定外，原則上也可用量子化學計算。但除極簡單的分子外，準確性都不如實驗結果高。對于半經驗的量子化學或分子力場計算來說，準確的量熱結果始終是它們建立模型和檢驗結果的基礎。2100433B