1、高等燃燒高等燃燒學(xué)學(xué)主講人：主講人：鄭鄭洪濤洪濤聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué) 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧 熱力學(xué)第一定律 反應(yīng)物和生成物的混合物 絕熱燃燒溫度 化學(xué)平衡熱力學(xué)第二定律 燃燒的平衡產(chǎn)物 應(yīng)用 小結(jié)高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))廣延量和強(qiáng)度量 廣延量的數(shù)值取決于物質(zhì)的數(shù)量(質(zhì)量或物質(zhì)的量)。 廣延量通常用大寫字母來表示，體積V(m3)，內(nèi)能U(J) ，焓H(J) 等。 強(qiáng)度量以單位質(zhì)量（或物質(zhì)的量）來表示，它的數(shù)值與物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)。 強(qiáng)度量一般用小寫字母來表示，比容v (m3/kg) ，比內(nèi)能u(J/kg) ，比焓h

2、(J/kg)等。 這一用小寫字母表示強(qiáng)度量的規(guī)定有個(gè)例外，就是強(qiáng)度量溫度T 。 從強(qiáng)度量得到廣延量，只要簡(jiǎn)單地用單位質(zhì)量或物質(zhì)的量的值乘以物質(zhì)的質(zhì)量或物質(zhì)的量) ，如： v= mv( 或Nv) u= mu( 或Nu) H = mh( 或Nh)第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))狀態(tài)方程 狀態(tài)方程用來表示一種物質(zhì)的壓力p、溫度T 和體積V( 比容v) 之間的關(guān)系。理想氣體，狀態(tài)方程可以表達(dá)成以下幾種等效的形式: pV = NRuT pV = mRT pv =RT p= RT 式中，氣體常數(shù)R 可以用通用氣體常數(shù)Ru =8.314J

3、/(mol.K)和氣體摩爾質(zhì)量MW 表示， R = Ru/MW 假設(shè)所有的氣體組分和氣體混合物都具有理想氣體的性質(zhì)，在高溫下是一個(gè)可接受的近似。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))狀態(tài)的熱方程 表示內(nèi)能(或焓)與壓力和溫度關(guān)系的方程稱為狀態(tài)的熱方程，即u = u(T,v)h=h(T,p) 對(duì)上兩式取微分，就可以獲得u和h的微分表達(dá)式。對(duì)溫度的偏導(dǎo)數(shù)分別是定容比熱和定壓比熱。不管是實(shí)際還是理想氣體，比熱容c v和cp通常都是溫度的函數(shù)。分子的內(nèi)能是由振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能量?jī)?chǔ)存，隨溫度的增加而逐漸變得活躍。一般地，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其摩爾熱容

4、就越大。對(duì)于理想氣體，對(duì)比容的偏導(dǎo)數(shù)和對(duì)壓力的偏導(dǎo)數(shù)都為零。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))理想氣體混合物 用于表示混合物的組成的兩個(gè)重要且有用的概念是組分摩爾分?jǐn)?shù)Xi和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yi。 Xi和Yi可通過摩爾質(zhì)量相互轉(zhuǎn)換。組分摩爾分?jǐn)?shù)也可用來確定出對(duì)應(yīng)組分的分壓。對(duì)于理想氣體，混合物的壓力就是所有物質(zhì)的分壓之和，分壓則可用混合物成分的摩爾分?jǐn)?shù)和總壓來計(jì)算得到。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))理想氣體混合物對(duì)于理想氣體混合物，多數(shù)的以質(zhì)量或物質(zhì)的量為基的混

5、合物強(qiáng)度參數(shù)可以簡(jiǎn)單地去用各物質(zhì)的強(qiáng)度參數(shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(或摩爾分?jǐn)?shù)的加權(quán)和來計(jì)算得到。其他用這種方法來處理的常用參數(shù)還有內(nèi)能u 。在理想氣體的假設(shè)下，不管是純物質(zhì)參數(shù)， 還是混合物的參數(shù)都與壓力無(wú)關(guān)?；旌衔锏撵匾部梢杂酶魑镔|(zhì)的加權(quán)和來計(jì)算。不過此時(shí)，單一物質(zhì)的熵還與該組分的分壓有關(guān)，各組分的熵可以用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的值來計(jì)算。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))蒸發(fā)潛熱（蒸發(fā)焓）燃燒過程中，液體-蒸氣之間的相變很重要。定義蒸發(fā)潛熱hfg為在給定溫度下單位質(zhì)量的液體在定壓過程中完全蒸發(fā)所需要的熱量。給定溫度和壓力下的蒸發(fā)潛熱經(jīng)常和克勞修斯-

6、克拉貝龍( Clausius-Clapeyron) 方程一起用來計(jì)算飽和壓力隨溫度的變化。這個(gè)方程假設(shè)液體相的比容與蒸氣相比較是可以忽略的，且蒸氣相的行為是理想氣體。例如，如果假設(shè)hfg 是常數(shù)，對(duì)上式從(psat,1 , Tsat , 1 )積分到(psat,2 , Tsat , 2 ) ，就可以在已知p psat,1 , Tsat , 1和Tsat , 2的條件下計(jì)算出psat,2 。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)關(guān)系式回顧高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律表達(dá)的最基本的原理是能量守恒。根

7、據(jù)研究對(duì)象的不同，可分為兩種描述方法： 定質(zhì)量系統(tǒng)（封閉系） 有固定邊界與穩(wěn)定流動(dòng)的控制體（開口系）高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))質(zhì)量一定的系統(tǒng)（封閉系） 能量守恒表示為在兩個(gè)狀態(tài)1和2之間的有限變化。1Q2和1W2都是路徑函數(shù)，只發(fā)生在系統(tǒng)的邊界上。E1-2是系統(tǒng)總能的變化?？偰苁侵竷?nèi)能、動(dòng)能和勢(shì)能的總和。 系統(tǒng)的能量是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，即E與路徑無(wú)關(guān)。 以單位質(zhì)量為基準(zhǔn)或表示為隨時(shí)刻變化瞬時(shí)量的形式如下：第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.2 熱力學(xué)第一定律高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))控制體（開口系）假設(shè)：(1) 控制體相對(duì)于坐標(biāo)系是固定的。這就可以不考慮由于有運(yùn)動(dòng)邊界而產(chǎn)

8、生相互影響的功，同時(shí)也可以不考慮控制體本身的動(dòng)能和勢(shì)能的變化。(2) 控制體內(nèi)及控制面上的流體參數(shù)不隨時(shí)間變化，所有過程都是穩(wěn)態(tài)的。(3) 入口和出口截面上的流體參數(shù)都是均勻的，不必進(jìn)行積分，是一個(gè)定值。(4) 只存在一個(gè)人口和一個(gè)出口。這是為了簡(jiǎn)化，可以有多出/入口的情形。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.2 熱力學(xué)第一定律高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))控制體（開口系）假設(shè)：(1) 控制體相對(duì)于坐標(biāo)系是固定的。這就可以不考慮由于有運(yùn)動(dòng)邊界而產(chǎn)生相互影響的功，同時(shí)也可以不考慮控制體本身的動(dòng)能和勢(shì)能的變化。(2) 控制體內(nèi)及控制面上的流體參數(shù)不隨時(shí)間變化，所有過程都是穩(wěn)態(tài)的。(3)

9、 入口和出口截面上的流體參數(shù)都是均勻的，不必進(jìn)行積分，是一個(gè)定值。(4) 只存在一個(gè)人口和一個(gè)出口。這是為了簡(jiǎn)化，可以有多出/入口的情形。第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.2 熱力學(xué)第一定律高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))幾個(gè)概念氧化劑的化學(xué)當(dāng)量值化學(xué)當(dāng)量值是剛好完全燃燒一定量的燃料所需要的氧化劑的量。氧化劑量超過了化學(xué)當(dāng)量值，混合物被稱為貧燃貧燃料，或者稱為貧混合物;氧化劑量少于化學(xué)當(dāng)量值時(shí)，則稱為富燃富燃料或富混合物。假設(shè)燃料的反應(yīng)形成一組理想的產(chǎn)物，氧化劑(或空氣) - 燃料的化學(xué)當(dāng)量化學(xué)當(dāng)量比比(質(zhì)量)簡(jiǎn)單地可由原子平衡來計(jì)算。對(duì)于碳?xì)淙剂螩xHy ,化學(xué)計(jì)量關(guān)系式化學(xué)計(jì)量

10、關(guān)系式為:第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.3反應(yīng)物和生成物的混合物化學(xué)計(jì)量學(xué)設(shè)空氣由21 % 氧氣和79 % 的氮?dú)饨M成(體積百分比)，化學(xué)當(dāng)量化學(xué)當(dāng)量的的空空-燃比燃比為:高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.3反應(yīng)物和生成物的混合物化學(xué)計(jì)量學(xué)當(dāng)量當(dāng)量比比，常被用來定量地表示燃料-氧化劑混合物是富、貧或化學(xué)當(dāng)量的。富燃料混合物， 1 ; 貧燃料混合物， 1時(shí)，反應(yīng)偏向產(chǎn)物，反應(yīng)的焓變H0應(yīng)該也是負(fù)的，即反應(yīng)是放熱的，系統(tǒng)的能量是降低的。同樣，正的熵變表明更大的分子混沌狀態(tài)，導(dǎo)致Kp1。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃

11、燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)例2.7 考慮CO2的離解是溫度和壓力的函數(shù)， CO2 CO+ 1/2O2 ，求混合物的組成，即CO2、CO和O2的摩爾分?jǐn)?shù)。初始狀態(tài)為純CO2，終態(tài)為不同的溫度(T=1500 、2000、2500、3000K)和壓力(0.1、1、10、100atm)。解：解：要求得3 個(gè)未知的摩爾分?jǐn)?shù)CO2、co和O2需要3 個(gè)方程。第一個(gè)方程是平衡表達(dá)式，另兩個(gè)方程是元素守恒方程。因?yàn)槌跏嫉幕旌衔锸羌兊腃O2，因此不管怎么變， C 原子數(shù)和O原子數(shù)都為常數(shù)。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的吉布斯函數(shù)變化。例如，在2500K 下，從Kp的定義，有高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))

12、第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)因?yàn)镻i=iP，Kp可以寫為摩爾分?jǐn)?shù)的形式，有將平衡常數(shù)表達(dá)式代入平衡條件表達(dá)式，有：由元素的守恒可得到第二個(gè)方程:將問題一般化，定義C 和O原子數(shù)比為參數(shù)Z，對(duì)于不同的初始混合物組成，可以取不同的值，即高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)整理得：第三個(gè)方程也是最后一個(gè)方程，即所有的摩爾分?jǐn)?shù)之和為 ，即：對(duì)應(yīng)不同的P、T和Z聯(lián)合求解上述3個(gè)方程，就得到CO、CO2和O2的值。用方程2和方程3代入方程1，消去CO2和O2 ，方程1變?yōu)椋簯?yīng)用牛頓-拉普森迭代法求解上面方程

13、可以求得CO ，采用電子表格軟件很容易實(shí)現(xiàn)。另兩個(gè)值CO2和O2 ，則用方程2和方程3就可以求得。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表所示。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表所示。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡吉布斯函數(shù)注：注：從得到的結(jié)果可以獲得兩個(gè)一般結(jié)論。首先，在任何一個(gè)確定的溫度下，壓力的增加抑制了CO2向CO和O2的分解；第二，在一確定的壓力下，溫度的增加促進(jìn)了這一分解

14、。這兩個(gè)變化趨勢(shì)符合勒夏特列原理。勒夏特列(Le Chtelier )原理為原理為：任何一個(gè)初始處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生一個(gè)變化(如增加壓力或溫度) ，將向最大限度地減少變化的方向去改變組分。壓力增加就表示平衡向產(chǎn)生更少的物質(zhì)的量的方向變化。對(duì)于反應(yīng)CO2 CO十O2，這就意味著向左變化，即CO2方向變化。對(duì)于等分子的反應(yīng)，壓力就沒有影響。當(dāng)溫度增加時(shí)，組成向吸熱方向變化。由于CO2離解為CO和O2是吸熱反應(yīng)，增加溫度，反應(yīng)就向右變化，即向CO+1/2O2方向變化。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.5 化學(xué)平衡復(fù)雜系統(tǒng)前面主要討論針對(duì)單個(gè)平衡反應(yīng)的簡(jiǎn)

15、單情形，然而在大部分燃燒系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)多種物質(zhì)同時(shí)發(fā)生數(shù)個(gè)平衡反應(yīng)。從原理上講，上面的例子中還會(huì)同時(shí)發(fā)生其他反應(yīng)。例如，反應(yīng)O22O在所考慮的溫度下也可能是重要的反應(yīng)。加入這個(gè)方程，只多了一個(gè)未知量O，只要加一個(gè)包括O2的離解的方程就可以了，即式中， 是反應(yīng)O22O相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)吉布斯函數(shù)變化值。元素守恒表達(dá)式(方程2)修改為包括O組分的形式，即方程3變?yōu)椋哼@樣就有4個(gè)方程，4 個(gè)未知數(shù)，可以求解。由于4 個(gè)方程中的兩個(gè)是非線性的，可能有必要引入同時(shí)求解非線性方程的方法。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物全平衡至此，我們可以同時(shí)求

16、得絕熱火焰溫度和燃燒產(chǎn)物的詳細(xì)組成。圖2. 13 和圖2. 14 給出了丙烷在空氣中常壓( 1atm) 燃燒的算例。這一例子中假設(shè)了存在的產(chǎn)物為CO2、CO 、 H2O 、 H2 、 H 、 OH 、 O2、O、NO、N2和N。在圖2. 13 中顯示的是絕熱火焰溫度和主要組分隨當(dāng)量比的變化?？吹截毴剂先紵龝r(shí)的主要成分為H2O 、 CO2、O2和N2 ，而富燃料燃燒時(shí)的主要組分為H2O 、 CO2、CO、H2和N2 。一個(gè)有趣的現(xiàn)象是最大的火焰溫度2278.4K不是出現(xiàn)在化學(xué)當(dāng)量比為1 時(shí)，而是出現(xiàn)在略為富燃料當(dāng)量比時(shí)(1.05)。水的摩爾分?jǐn)?shù)也是這樣(1.15)。最高溫度出現(xiàn)在略為富燃料當(dāng)量比

17、位置的原因是，在=1 后，燃燒熱和產(chǎn)物熱容均隨 增加而降低。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物全平衡當(dāng)量比 在1 和( Tmax)之間時(shí)，熱容隨 的減小速度要比Hc要快；而 進(jìn)一步大于 (Tmax) 后，Hc隨 的減小速度快于熱容。每摩爾燃料燃燒形成的產(chǎn)物的物質(zhì)的量的減少導(dǎo)致了熱容的減少，而其平均比熱的減少就沒有如此顯著了。從圖2. 13 還可以發(fā)現(xiàn)，由于有離解的存在，在化學(xué)當(dāng)量條件下(= 1 ) , O2、CO和H2同時(shí)存在。在“完全燃燒”的條件下，就沒有離解，這三種物質(zhì)量都為零，這樣我們就能理解“完全燃燒”假設(shè)的近似性了。在圖2

18、. 14 中示出了一些在丙烷與空氣燃燒平衡時(shí)次要組分的組成?？梢钥吹剑琌和H原子及雙原子的OH 和NO的摩爾分?jǐn)?shù)都是在4000 X 10-6的量級(jí)以下。在貧燃料燃燒時(shí)，CO是一個(gè)次要組分；相對(duì)地，在富燃料燃燒時(shí)，O2是次要組分。但是， CO 和O2分別在富燃料和貧燃料燃燒時(shí)變成了主要組分。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物全平衡有趣的是，羥基OH 的摩爾分?jǐn)?shù)比O原子高出一個(gè)量級(jí)多，且兩個(gè)量都在稍微貧燃料時(shí)達(dá)到其最大值。進(jìn)一步地，N 原子的摩爾分?jǐn)?shù)要比O原子的低幾個(gè)量級(jí)，圖2. 14 中沒有表示出來。N2 分子難以分解的原因是其很強(qiáng)的

19、三價(jià)的共價(jià)鍵。O原子和OH 的最大值在貧燃料區(qū)出現(xiàn)，暗示了NO 形成的動(dòng)力學(xué)。在貧燃料區(qū)域，平衡的NO的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最高值并變化平坦，而在富燃料區(qū)急劇下降。在許多燃燒系統(tǒng)中，NO的水平是低于平衡濃度的，因?yàn)槠湎鄬?duì)低的生成反應(yīng)，這些將在第4 章和第5 章中介紹。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物全平衡高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡本節(jié)將推導(dǎo)出一些簡(jiǎn)單的關(guān)系式來計(jì)算貧燃料和富燃料燃燒時(shí)燃燒的理想產(chǎn)物(假設(shè)沒有離解成次要組分)。對(duì)于貧燃料燃燒，應(yīng)用原子平衡方

20、程就可以計(jì)算；但是，對(duì)于富燃料燃燒時(shí)，我們將引人一個(gè)簡(jiǎn)單的平衡反應(yīng)式: CO+H2OCO2+H2，這一反應(yīng)叫作水煤氣置換反應(yīng)，考慮到了不完全燃燒產(chǎn)物CO和H2同時(shí)存在的情形。這一水煤氣反應(yīng)是石油工業(yè)中CO水蒸氣重整反應(yīng)的核心。假設(shè)沒有離解存在，任意的碳?xì)浠衔锱c空氣的燃燒可以用下式表示:在貧燃料或是化學(xué)當(dāng)量條件下(1) 燃燒時(shí)，變?yōu)樵诟蝗紵紵龝r(shí)1) ，變?yōu)楦叩热紵龑W(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡由于系數(shù)a 表示在反應(yīng)物中氧分子與燃料的摩爾比，我們可以將a 與當(dāng)量比建立以下關(guān)系:因此，給出燃料種類和 ，就可以知道a的值。我

21、們的目標(biāo)是找到所有產(chǎn)物組分的摩爾分?jǐn)?shù)。對(duì)于貧燃料或化學(xué)當(dāng)量燃燒時(shí)，系數(shù)c和e是零，因?yàn)榇藭r(shí)的O2足夠使所有的C和H都反應(yīng)形成CO2和H2O。這樣，系數(shù)b、d和f可以用C、H和O原子的平衡來相應(yīng)求得。因此，高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡每單位燃料產(chǎn)物的總物質(zhì)的量可以用上面的系數(shù)總和再加上N2的3.76a：各組分的摩爾分?jǐn)?shù)可以用各物質(zhì)的量除以NTOT。對(duì)于貧燃料或化學(xué)當(dāng)量(1) :高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡對(duì)于富燃料燃燒(1) ，沒

22、有氧氣存在，因此系數(shù)f 為零。這樣就還有4 個(gè)未知數(shù)(b、c、d和e) 。為了求解這4 個(gè)數(shù)，我們有三個(gè)元素平衡方程(C、H和O)，還有一個(gè)水煤氣平衡式：上式的引人導(dǎo)致了關(guān)于b、c、d和e的方程組的二次非線性。求解3 個(gè)元素守恒式，并都用b來表示，有將這三個(gè)代數(shù)式代人到平衡式中，產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于b的二次方程式，其解為：高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡解方程時(shí)選擇了負(fù)根以獲得在物理上合理的b值。此外，還滿足：其他的摩爾分?jǐn)?shù)都可表示為b的函數(shù)，即富燃料燃燒時(shí)(1)高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒

23、與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡由于Kp是溫度的函數(shù)，就要選擇一個(gè)合適的溫度，但一般來說，典型的燃燒溫度在2000-2400K 之間，其摩爾分?jǐn)?shù)與所選的溫度之間關(guān)系不是特別大。選擇的Kp值如表2.3 所示。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡表2.4 列出了丙烷-空氣燃燒產(chǎn)物CO和H2的摩爾分?jǐn)?shù)值，比較了用全平衡方法計(jì)算的結(jié)果和近似方法的結(jié)果。水煤氣置換反應(yīng)的平衡常數(shù)在所有的當(dāng)量比下都用2200K的值來進(jìn)行計(jì)算。從表2.4 中看到，當(dāng)1.2時(shí)，全平衡方法與近似方法的結(jié)果產(chǎn)生的摩爾分?jǐn)?shù)僅有幾個(gè)百分點(diǎn)的

24、誤差。當(dāng) 接近1時(shí)，簡(jiǎn)化方法的誤差增加，因?yàn)榇藭r(shí)主要成分的離解不可忽略。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物水煤氣反應(yīng)的平衡為定量地了解=1 時(shí)的離解程度，表2. 5 表示了用全平衡方法和假設(shè)沒有離解的近似方法求出的CO2和H2O的摩爾分?jǐn)?shù)?？梢钥吹剑?atm下，大約12% 的CO2離解了，而H2O只離解了4% 。高等燃燒學(xué)講義第2章(鄭洪濤5學(xué)時(shí))第二章第二章 燃燒與燃燒與熱化學(xué)熱化學(xué)2.6 燃燒的平衡產(chǎn)物壓力影響壓力對(duì)離解有很大的影響。在表2. 6 中給出了CO2隨壓力增加離解減少的情況。由于在產(chǎn)物的混合物中另一個(gè)含碳的組分僅是CO，其