1、4燃燒學復習題2011版第一章燃燒化學反應動力學基礎1、什么叫燃燒？答：燃燒標準化學定義：燃燒是一種發光發熱的劇烈的化學反應.燃燒的廣義定義：燃燒是指任何發光發熱的劇烈的化學反應，不一定要有氧氣參加2、濃度和化學反應速度正確的表達方法？答：濃度：單位體積內所含某種物質的量1 .分子濃度 ni =Ni N2 .摩爾濃度 Ci =Mi /V3 .質量濃度 p i=Gi /V1 /m3Mi為摩爾數mol / m3kg / m3CiXi =Pi4 .相對濃度摩爾相無fi 二質量相對濃度：三ni三CiGi：i燃燒的反應速度：通常用單位時間單位體積內消耗的燃料量或者氧量來表示。化學反應速度既可以用反應物濃

2、度的減少來表示，也可以用生成物濃度的增加來表示。但均取正值。W士 d C / d T3、什么是簡單反應、復雜反應、總包反應？答：簡單反應：由反應物經一步反應直接生成產物的反應。（也叫基元反應）復雜反應：反應不是經過簡單的一步就完成，而是通過生成中間產物的許多反應步驟 來完成的反應，其中每一步反應也稱為基元反應。總包反應，也稱為總的化學反應，整體化學反應，是一系列若干基元反應的物質平衡結果，不代表實際的反應歷程， 是經過各個基元反應過程后的終極結果。4、質量作用定律的適用范圍？試用質量作用定律討論物質濃度對反應速度的影響。答：反應應為簡單反應嚴格講，質量作用定律僅適用于理想氣體。對于多相反應，僅

3、考慮氣相物濃度，對于固相或液相物質蒸汽分壓不考慮。按質量作用定律，如果反應方程式是 aA+bB=cC+dD（簡單反應）則反應速度和反應物濃度AB成如下關系：W =kAa Bb即：當溫度不變時，某化學反應的反應速度與該瞬間各反應物濃度的幕的乘積成正比，如 果該反應按照某化學反應方程式一步完成（簡單，基元反應），則每種反應物濃度的方次即 等于化學反應方程式中的反應比例常數。5、什么是反應級數？反應級數與反應物濃度（半衰期）之間的關系如何？答：化學反應速度表達式中濃度指數之和 n=a+b就是反應級數，它反映了反應物濃度對 化學反應速率的影響程度反應級數與反應物初始濃度無關。由于 w =-dC/d r

4、 =kCn，可推得：i rC零級反應：20一級反應： 七與C0無關1 i 二 二二級反應：2 C06、常用的固體、液體和氣體燃料的反應級數值的范圍是多少?燃料反應級數煤氣2輕油1.52重油1煤粉1由此看出越接近氣體，反應級數越大 127、試用反應級數的概念，討論燃盡時間與壓力之間的關系答：設化學反應級數為n化學反應速率（以物質的量濃度表示的） C燃盡時間的倒數：N對于一定量的理想氣體P =CRTPV = nRT = const代入燃盡時間的倒數表達式得：.L pn8、惰性組分如何影響化學反應速率？以雙原子氣體基元反應為例說明：A+B=C+D化學反應速率. =kCaCb代入 Ci=Xi-P-得=

5、-1RT對雙組份混合氣體=-當含有惰性氣體組份 P,且有效氣體組份為 %8+P = 1廣 Xa（1 - Xa）化學反應速率因惰性氣體的參入而減小的比例等于有效氣體成分；9、 Arrhenius定律的內容是什么？適用范圍？答：溫度對化學反應速度的巨大影響反映在反應常數上，這個關系稱為阿累尼烏斯定律，表達為 中k0是頻率因子，E是活化能，與反應物溫度及濃度無關。適用范圍為:A簡單化學反應（基元反應），或復雜化學反應中的每一步基元反應B有明確反應級數 n和速度常數k的復雜反應C不適用于活化能太小，以至于溫度的影響主要體現在了前置因子，自由基化合反應（這種需要第三者 帶走反應放出的能量，從而第三者參與

6、化合反應的速率）10、什么是活化能？什么是活化分子？它們在燃燒過程中的作用？答：活化能：使普通分子（平均能量）變為活化分子所需能量。可以測定反應級數根據圖解法和 計算法來見解求得。（詳見課本P10）活化分子：能量達到或超過活化能E的分子E 工 exp（ ） 活化分子濃度決定了化學反應速度RT當溫度T時，分子平均動能T ,活化分子數TT ，化學反應速度急劇T。一定溫度下，E越小，活化分子數越多，反應速度越大11、圖解吸熱反應和放熱反應的活化能和反應放熱（吸熱）之間的關系。E,下半段為QE,下半段為Q放熱：從左向右看垂直距離上半段是吸熱：從右向左看垂直距離全段高度是12、什么叫鏈式反應？它是怎樣分

7、類的？鏈反應一般可以分為幾個階段？答：鏈式反應是一種在反應過程中含有自由原子或自由基等活化物質的特殊反應，如果通過某一種方式（如光照射等）將其引發，便相繼發生一系列的鏈鎖反應，使反應一環扣一環的不斷進行下去。鏈式反應分為不分支鏈反應（或直鏈反應）和分支鏈反應兩類。鏈式反應一般分為鏈的激發（引發）、鏈的傳遞和鏈的斷裂（中斷）三個階段。13、試用活化中心繁殖速率和銷毀速率的數學模型，結合圖線，解釋氫燃燒的幾種反應的情況。分支鏈反應為什么能極大地增加化學反應的速度？氫原子H是 5燃燒反應中的活化中心，故研究氫原子H濃度的變化：dCH 一=Wh fCH -gCH d .dCH 氫原子濃度變化；WH ,

8、氫原子初生濃度；fCH氫原子繁殖速率；gCH氫原子銷毀速率d .解此一階線性常微分方程 = 0,CH = 0J & 活化中心（H原子）銷毀比例常數 g繁殖比例常數 f一 8 , Ch一很小的定值8 WH，反應可以忽略 活化中心（H原子）銷毀比例常數 g =繁殖比例常數 f氫原子濃度CH隨時間線性增加，由于斜率很小，故增加緩慢 活化中心（H原子）銷毀比例常數 g繁殖比例常數 fCh隨時間呈指數增加，正比于反應速率（右圖為當考略反應物耗盡）分支鏈反應中反應活化中心繁殖速度f比較大，Ch隨時間呈指數增加，極大地加快了化學反應的速度14、燒類燃燒的基本過程是什么，什么情況下會發生析碳反應？如何進行解釋

9、？什么樣的燒類燃燒時更容易發生析碳反應？高C級的烷一同一 C級的醛一低一 C級的烷一 一甲醛，甲醛分解為一氧化碳和氫氣燃燒或 直接燃燒.析炭反應是燃類熱裂解過稱中的二次反應，二次反應是一次反應產生足夠的中間產物才顯著起來。裂解的過程包括脫氫反應和斷鏈反應， C/H比大的高碳燒（烷）裂解析炭反應速度比甲烷快得多。且 C/H愈大析炭愈嚴重不飽和燒（烯、快）比飽和燒（烷）更容易裂解析Co15、圖解催化劑對化學反應的作用。對反應的作用有改變的只有兩點：活化能E下降，反應途徑的變化16、什么叫化學平衡？平衡常數的計算方法？呂查德里反抗規則的內容是什么？答：化學平衡的，可逆反應此時系統內各組成成分不變計算

10、方法：見書 P23-P24系統變化遵循呂 查德里反抗規則：當化學平衡由于某一外因（T,p或成分含量）而被破壞時平衡將向反抗這一外因的方向移動。溫度升高，平衡將向吸熱方向移動，抵抗溫度升高的影響；溫度降 低，平衡將向放熱方向移動，抵抗溫度降低的影響17、 什么是燃料的低位發熱量和高位發熱量？高位發熱量：亦稱“高熱值”，簡稱“高發熱量”。指燃料中的水分在燃燒過程結束后以液態水形 式存在時的燃料發熱量。低位發熱量：亦稱“低熱值”，簡稱“低發熱量”。指燃料中的水分在燃燒過程結束后以水蒸氣形 式存在時的燃料發熱量。恒容低位發熱量即由高位發熱量減去水（燃料中原有的水和煤中氫燃燒生 成的水）的氣化熱后得到的

11、發熱量。18、 試用本章的知識解釋，渦輪增壓裝置對汽車發動機的作用是什么？答：渦輪增壓裝置能提高壓強，因而不僅能提高發動機內的燃料氣體的化學反應速度，而且能減少氣體的燃盡時間，綜合提高發動機的功率。（汽油的反應級數一般為 2）。渦輪增壓裝置的另一種作用 是增大一個沖程中氣缸吸進空氣的量，從而增大汽缸中的氧氣濃度，根據惰性組分對化學反應速率影響的公式金x &Xa（1 - Xa）,增大氧濃度有利于減少惰性組分對化學反應速率的削弱作用 19、過量空氣系數（口）與當量比（P）的概念？答：過量空氣系數是反應供應空氣（氧氣）與反應恰好完全反應所需空氣（氧氣）之比 當量比是兩種參加反應的反應物的質量之比第二

12、章燃燒空氣動力學基礎一一混合與傳質1 .什么是傳質？傳質的兩種基本形式是什么？答：物質由高濃度向低濃度方向的轉移過程叫做傳質，也叫質量傳遞。傳質的兩種基本方式是分子擴散傳質和對流傳質。2 .什么是“三傳”？分子傳輸定律是怎樣表述的？它們的表達式如何？（牛頓粘性定律、傅立葉導熱 定律、費克擴散定律）答：動量傳遞、質量傳遞、熱量傳遞。分子傳輸定律即牛頓內摩擦定律，傅里葉導熱定律和fick擴散定律一一dwdy5牛頓內摩擦定律傅里葉導熱定律QdT dy.f17擴散定律m = _Dfdy3 .湍流中，決定“三傳”的因素是什么？湍流中，動量交換過程和熱量、質量交換的強烈程度如何？ 怎么用無量綱準則數的數值

13、來說明這一點？速度脈動w決定湍流中的“三傳”過程，由于湍流的動量，熱量和質量擴散均源于脈動和漩渦，可近似認為：Dt ：t s：at= lwPrt 為 Sct Let 之 1但嚴格來講，實驗發現(1) Prt =上與 Sct =一 均小于1,說明：動量交換過程不如熱量和質量交換更強烈,aD，溫度和濃度混合邊界層比速度邊界層發展得快。(2)由于，Let=a/D = l說明：溫度和濃度邊界層的發展十分相近，可以用傳熱過程的基本規律近似 描寫質量交換。Nu數。4 .試推導一個靜止圓球在無限大空間之中，沒有相對運動的情況下，和周圍氣體換熱的詳見課本P44 , Nu=25 .如圖所示：兩股射流在大空間中交

14、匯。射流的初始溫度T1 =60 C , T2=室溫20 C,實測xy點的Txy=50。氣流中 的初始濃度為 C1=3mol/m3, C2=2mol/m3,求點的xy點的濃度Cxy 利用熱交換過程比擬性，用溫度場模擬濃度場m1 + m2 = 1m1T1 + m 2T 2 = TxyEG +ml2c2 =Cxymi + m2 = 1m1Cp,1Tl + mCp,2T2 = CpTxy 一 出多二?m1c1+m2C2 =Cxy帶入求解，結果省略6 .湍流自由射流的主要特征是什么？圖解射流斷面上的速度分布相似性。自由射流指流體從噴口射入(1)無限大靜止空間(空間流體速度為0)(2)不受固體邊壁限制，而

15、淹沒在周圍流體介質中(3)流體介質與空間介質相同自由射流有兩個基本特點：自由射流中任意斷面的軸向速度wx橫向速度wy。射流中的速度 w弋軸向速度wx。自由射流內部壓力 p=周圍介質壓力po7 .把熱射流射入冷空間中，和把冷射流射入熱空間中，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減的情況有何區別？這對工程燃燒的一次風、二次風參數的選取有何指導意義？（1）把熱射流（T1）射入冷空間（丁2）中無量綱軸心速度 wzs衰減快，且隨e有WzsJJ無量綱軸心溫差 ATzs衰減快，且隨6有ATzsJJ無量綱軸心濃度差 ACzs衰減快，混合強烈，且隨 e有ACzsJJ（2）把冷射流（Ti）射入熱空間（丁2）中三個無量

16、綱量 wzs, ATzs, ACzs衰減慢，混合慢，射程長。隨 口 衰減很慢。對于二次風，從燃燒供 。2的角度應用高Ti （e盡可能高）的空氣，以加強湍流混合和傳質（供。2）,有利于燃燒從組織爐內氣流流動工況角度，相反，應用而氐一些的空氣（TiJ）,衰減慢，有足夠的擾動范圍，保證氣流流動組織鍋爐內氣流流動時，應用。值低一些的一次風，從而保證較慢的衰減速度，有足夠的擾動范圍，以保證氣流流動。而從燃燒供氧的角度講應用。值高一些的一次風，以加強湍流混合和傳質，有利于燃燒。8 .當自由射流中含有固體或液體顆粒的時候，射流特性如何變化？這對工程中固體或液體顆粒的燃燒有何指導意義？由于射流中有固（液）顆粒

17、，相當于增大了射流的密度，射流軸心線上速度衰減減慢（即與周圍介質混合傳質減慢），射流（火焰長度）變長，但由于顆粒微小，隨風流動，對射流流場不影響，可視 為自由射流燃燒的理論燃盡火焰長度的大小取決于于一次風中燃料的初始濃度C1 , C1越大，需要越長的射流射程來完成燃燒；空氣和燃料的分布是不均勻匹配的，要使得射流中各處的燃料都有充足氧氣，必 須總過量空氣系數大于 1 因此：不能依靠簡單的單股自由射流同時完成投送燃料和供應氧氣的任務，因為氧量和燃料濃度在空間中難以精確匹配。解決方案：把投送燃料和供氧的功能分開，使用專門的一次風投送燃料，使用 專門的二次風供應氧氣。要避免使用大尺寸或者高流速的一次風

18、，當燃燒設備的功率增大時， 不能簡單增大單股自由射流的尺寸或流速。因為這樣會使得火焰變長、燃盡困難。解決方案：將供應燃料的一次風分割為多 股較小的射流，縮短射程。專門負責供氧的二次風，則可以視情況選用不同的尺寸和流速。當供氧目標較近時，使用低流速；當供氧目標較遠時，使用高流速。當供氧需求量大時，使用大尺寸；當供氧需求量小時，使用小 尺寸。9 .根據以下物理模型，推導旋轉射流中心線上負壓的值。wrrir1n -1.0 w = wr w ：1自由旋轉區核心區（剛體旋轉區）自由旋轉區假定旋轉射流的橫截面如圖所示，流體是無粘性流體，流動區域可以劃分為兩個區域：外圍的自由旋轉 區（可以按勢流處理）和中心

19、的剛體旋轉區（不能按勢流處理），其分界線為r=ri。射流斷面上分成兩部分:射流內部：有旋運動r 0, w0按伯努利方程及左邊所寫的邊界條件可得:r1， ww 1吊數w =r1、p 二 p二一二2交界處的壓力pr0外側部分一無旋運動I r1,2徑向壓力梯度dp/dr=g性離心力=：?一r ：c 2r0在此區域定常積分可得：pr 0p中心dp2 r0： rdr0即:對此區域內任意位置1,221、2：, r 0 = ，,= Pr0 - p中心21211八 2八/八2p = 3 Pw(p + p_2M 二 Pwcp1.1 - O故核心區中心處壓力比大氣壓力P要低交界處動壓頭的兩倍，即 p中心=p3c

20、- 2父a Pw2110 .什么是旋流強度，其物理意義是什么？旋流強度的計算公式？旋流強度S:工程上用旋流強度來反映旋流射流的強弱程度G :S 二Gx Rw r w ：，即正比于旋流的切向速度與軸向速度之比wxR wxR為定性尺寸， Gg角動量的軸向通量的（旋轉動量矩），Gx軸向動量矩Gg, Gx,均遵守守恒條件，在已定的流場中為常數。11.圖示無擴口、有擴口的強旋轉射流流場的主要特征回流量回流區直徑半張角民長度l/d不帶擴口小小00帶擴口大大=3酸12所以，擴口不僅有助于增加回流量回流長度，還有助于增加回流區的張角,12 .圖示鈍體流場的主要特征。流體經過金屯體時，在鈍體下游的減速擴壓流動中

21、，由于反壓力梯度的作用，引起邊界的脫離而形成負壓，造成回流旋渦區。在主流區與回流區進行著強烈的動量、熱量和質量的交換。金屯體半張角a ,回流區寬度H,長度L和回流量R都；阻塞率e （=（b/B）2）升高一R升高，L/d減小13 .兩股平行射流湍流混合的強弱次決于那些因素？為什么？ 兩者的動壓比4wi是湍流擴散（三傳）的動力（能量）來源，它的增加會導致流體:2W2微團可在更大尺度范圍內湍流相關，即動壓比愈大愈有利于湍流混合，且混合邊界層偏向于動壓小的一側，2 射流自身動壓P2W2 是射流內部進行三傳的動力（能量）源分布特征，自身動壓越大越有利于加強湍流混合， 射流噴口的結構特征和速度14 .兩股

22、相交射流湍流混合的強弱取決于那些因素？相交射流混合傳質的動力學條件是兩射流的動量（流率）比 M=1時混合最強烈；交角a越大混合邊界層被壓扁地越厲害（相交射流以一定角度相交，在各自慣性力作用下相互碰撞和混合，完成“三傳”，這個慣性力比湍流切應力要大得多）第三章著火理論1.什么是熱著火？什么是鏈式著火？其區別是什么？熱著火需要滿足的條件是什么？化學鏈著火需要滿足的條件是什么？熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱， 溫度不斷升高導致化學反應不斷自動加速，積累更多能量最終導致著火。一一大多數氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。鏈式著火：由于某種原因，可燃混合物中存在活化中心

23、，活化中心產生速率大于銷毀速率時，導致化學反應速度不斷加速，最終導致著火。一一某些低壓下著火實驗（如 H2+O2 , CO+O2的著火）和低溫下的“冷焰”現象符合鏈式著火的特征。熱著火過程與鏈式著火過程區別：i .著火的微觀機理不同，熱著火過程：本身氧化反應放熱大于散熱，溫度不斷升高導致化學反應不斷自動加速；鏈式著火：活化中心加速繁殖引起的化學反應速度實現自動加速ii .熱著火通常比鏈式著火過程強烈得多，因為熱著火系統中整體的分子動能增加，超過活化能的活化分子數按指數規律增加化學反應自動加速；鏈式著火過程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀， 所以鏈式著火通常局限在活

24、化中心的繁殖速率大于銷毀速率的 區域iii .著火的外部條件也有所不同，在高溫下一般以熱著火為主，低溫下，鏈式自燃則是著火的主要原因條件：熱著火過程：溫度升高引發的，將使得系統中整體的分子動能增加，超過活化能的活化分子數按指數規律增加。導致 燃燒反應自動加速。鏈式著火過程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀，所以鏈式著火通常局限在活化中心的繁殖速率大于銷毀速率的區域，而不引起整個系統的溫度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能夠在整個系統內加速繁殖并引起系統能量的整體增加，就形成爆炸。2 .自燃（自發著火）與強迫著火的區別是什么？為什么自燃溫度和強迫點燃溫度不

25、是一種燃料的物性常數？自燃：自發的著火，依靠系統自身化學反應的放熱量散熱，熱量的積累了維持整個系統的升溫。強燃：強迫著火，借助外部熱源，使熱源的邊界層先著火，然后火焰傳播到整個可燃混合物中。3 .自燃充分必要條件的兩個判據表達式是什么？物理意義是什么？燃料的活化能、系統初始溫度、散 熱系數、燃料的濃度、容器的體積對自燃溫度的影響如何？請圖示。不僅放熱量和散熱量要相等，而且兩者隨溫度的變化率也要相等:q f |T =% = qs 1T 玉dqf .dqs.dT 1T 七一 dT |T=TC1.對流換熱系數a： aj,散熱直線qs的斜率，qs直線將以橫軸上To點為軸心向右轉動，自燃溫度下降，更容易

26、發生自燃。2 .散熱面積F: FJ,與減小對流換熱系數效果相同。3 .可燃物濃度C: C 8P7放熱曲線qf向左上方移動，與散熱直線qs相切，自燃溫度下降，更容易發生自燃。Rt24 - TC =TC -T0 : -T0 TC ：, To初始溫度T,易于著火5 .pc2 d =常數 ,球形容器的直徑d T ,則pc J ,提高可燃物質的著火性能，那TcJ4.什么是著火的孕育時間？請圖示。在可燃物質已達到著火的條件下，由初始狀態到溫度驟升的瞬間所需的時間，直觀上既可燃物質由開始反應到燃燒出現的一段時間。數學上講，對于初始溫度T0Q2在常溫下隨產熱蓄積溫度不斷升高，孕育時間不會很長，故而易著火自燃。

27、相應地，一次風管道中的煤粉流動快，散 熱也快，盡管當溫度高于 150C,仍無法蓄熱以進一步提高溫度，故孕育時間無限長，最終也不會自 然。從強迫點燃來看：新從風管道中漏出的煤粉，相當于煤堆的點火源，煤堆保溫條件好，周圍溫度較高 有利于點燃；而風管道中的煤粉流，速度快，散熱量大，新進入的溫度較高的煤粉氣流難以點燃管中 流動的氣流風管中漏出而堆積在地面的煤粉堆，更適用熱自燃的物理模型，而風管中懸浮流動的煤粉，應該適用強迫點燃模型。9 .根據零維燃燒熱工況的模型，系統的產熱率的計算式是什么？系統散熱率的計算式是什么？請圖示 爐膛容積、燃料流量、燃料發熱量、氣流初溫、爐膛吸熱和煙氣回流量對系統燃燒穩定性

28、的影響。 并討論，如果一臺燃氣鍋爐燃用的燃料熱值降低，在不能改動鍋爐主體結構的時候，應該如何改進 鍋爐的運行狀況？如果可以改動鍋爐的主體結構，又應該如何改進鍋爐的運行狀況？系統產熱量 Qi =kcCVQexp（-RE；）按氣流可燃成分的消耗率計算 消去C得Q =qv(C。-C)QQi =CQ177 ， e 、koV exp(-)RI(Co-C)Q-1 -qvCQ (Co-C)Q177 ， e、 koV exp(-) RTCoQexp( RT).1koVqvQ一燃料與空氣混合物的發熱量；P-氣流的密度；產熱率q=Q1/qv系統散熱量 Q2 =qv ：Cp（T -1。）散熱率q2=Q2/q v發熱

29、量。增加時.知在縱坐 標方向成比例地放大.可使 燃燒穩定性改善.IT第對雄熊株工況的裝病氣流的初溫研高時，守段平行向右移動，燃燒 穩定性改善。當回流量功，小曲 線在津上的節電不 變，但斜率發生變 化，力曲線繞丁流向 右旋轉，改善了燃 燒捺定性，從不能 著火狀態變為正常 燃燒的工況.因素名稱符號趨勢燃燒穩定性爐膛容積VT燃料流員T1燃料發熱量QTT燃料活性hE品 T,E JT氣流初溫TT爐膛吸熱T1煙氣回流Tt討論部分，詳見老師最后一節課的作業點評ppt但，這個題目是“燃氣鍋爐”，不是“燃油鍋爐”，所以要進行相應的調整。10.根據一維燃燒系統的模型，圖示以下4種配風方案的升溫曲線。1）空氣完全由

30、一次風送入；4)半的空氣從二次風送入，但較早送入二次風；3） 一半的空氣從二次風送入，但較遲送入二次風;二次風也分為兩次送入，而且較遲送入。（1）空氣完全由一次風送入丁麗有空氣以=0.5）作為一次風和煤粉一起進入爐內（即A叫=。=0.5）從這個方案可以看出， 至部空氣都用作一次風, 提高了最初的煤粉氣流 的熱容量,使加熱到著 火的時間（由此也決定 了空間長度）延長，這 樣就不能縮短整個火焰 長度（2） 一半的空氣從二次風送入，但較早送入二次風,空氣分成一次風(A% =015)與二次風(A%=0 35), 二次風過早進入。從這個方案可以看出， 二次風過早地在一次風 與煤粉氣流尚未著火燃 燒以前送

31、入，其結果與 全部空氣都作為一次風 一樣，也不能縮短火焰 長度“(3) 一半的空氣從二次風送入，但較遲送入二次風氣分成一次風與二次風(&XK.33),推 遲二次風加入點口從這個方案可以看出， 二次風在一次風中的就 消耗完以后加入,對于 縮短火焰長度是有幫助 的a但是一次加入的二 次風過多，使燃燒中斷, 所以火焰長度縮短得不 務,(1)二次風也分為兩次送入，而且較遲送入四種方案比較匚次風分為兩批，空氣分成一次風=0 15)與二 次風(A(Xn=(U 5 和%?=(), 2) 0從這個方案可以看出， 二次風加入點燃燒溫度 高，雖然溫度略在降低, 但燃燒依然十分強烈， 溫度又較快回升上去.一元系統的

32、燃燒熱工況分析可以正確地反映合理組織氣流 燃燒過程的方法.歸納起來，可列成下列原則.1)供應的空氣應該分成一次風 與二次風，可以加快氣流的 井日若W2)二次風應分批加入，第一批 燒完了再加入第二批.3)二次風每批送入的數量應有 限制，避免中途淬熄，保證 燃燒繼續進行。第四章氣體燃料燃燒1.火焰傳播速度的定義式是什么？隨各個主要影響因素的變化規律是什么?火焰傳播速度的定義式V=Vl V主要影響因素：?可燃混合氣自身的特性-vlT EL k0 -vlTc0T -vL，過量空氣系數的影響:在a = 1附近時Tr最高氣體介質平均熱導率的平方根成正比，而與氣體介質的比定壓熱容的平方 根成反比J（nN）?

33、壓力 火焰傳播速度VlhP2多數碳氫化合物的 n2,故其Vl隨著壓力p的升高而下降i. n 2, Vl隨著P的升高而增大n但流過火焰表面的可燃混合氣質量流速p 0VL（kg m-2 s1）與壓力p的關系 00VL工pT?溫度i .可燃混合氣初始溫度 T0 T, VlTii .火焰溫度Tr, T VlT?組成結構燃料分子結構對 Vl影響很大，這是由于分子的熱擴散性a引起的，與相對分子質量有關相對分子質量越大可燃性范圍（火焰得以正常傳播的燃料濃度范圍）越窄 飽和煌的V l與C原子數n無關，對于非上和煌，n T , V l J?惰性氣體含量 惰性氣體體積分數T VlJ線性相關，且熱擴散率a小的惰性氣

34、體對 Vl影響更大2 .什么是緩燃？什么是爆燃？緩燃（正常傳播）：火焰鋒面以導熱和對流的方式下傳熱給可燃混合物引起的火焰傳播，也可能有輻射，傳播速度較低，傳播過程穩定；爆燃：絕熱壓縮引起的火焰傳播，是依靠激波的壓縮作用使未燃混合氣的溫度升高而引起化學反應，從而使燃燒波不斷向未燃氣推進，傳播速度很快。3 .層流火焰傳播的速度是怎么定義的？答：層流火焰傳播的速度定義為流動狀態為層流時的火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳播速度。4 .本生燈火焰穩定的機理是什么？圓錐形火焰形成的原理？如何使用本生燈測量層流火焰傳播速度? 試寫出測量的過程和計算式。，點燃后，形成穩定的錐體形層流火焰本生燈出口 R

35、e較小一般屬層流，火焰鋒面以vL傳播，可燃混合氣以 w速度前進，合成速度的結果就是形成了的圓錐面。燃氣、空氣混合，形成均勻可燃混合氣ii- * cos p = iiSinJ =v() =vL使用本生燈測量層流火焰傳播速度方法如圖所示，當火焰穩定時，混合氣體在火焰鋒面法向的分速度就等于氣體火焰的傳播速度。測量空氣與 燃氣流量，可得混合氣體流量，根據已知的噴嘴直徑，可計算出混合氣體的流速；再測量火焰的高度， 算出火焰圓錐投影的半角，即可得到混合氣體在火焰鋒面法向的分速度一一氣體火焰傳播速度。測量過程:，計算總的混合氣體流量分別測出空氣與燃氣的流量Qkq和Qrq （據流量計的不同可能需要修正）Q =

36、 Qkq + Qrq ; 測出噴嘴內徑 R,計算出噴嘴截面積A =兀R2從而可算出混合氣體流速W=Q/A ; R 測量火焰高度 h,可計算出火焰圓錐投影半角sin 0 =R R2h2綜上可得，測得的層流火焰傳播速度表達式為uce =Wsin1Qkq - Qrq二R , R2h25 .燃燒速度（化學反應速度w）與火焰傳播速度 VL的聯系和區別是什么？（應該清楚火焰傳播速度、燃燒速度、新鮮混合氣流速之間的關系）答：燃燒速度（化學反應速度）與火焰傳播速度是什么關系？區別是什么？（火焰速度、燃燒速度、新混合氣速度關系）燃燒速度越大層流火焰傳播速度越大，燃燒的化學反應速度w與火焰傳播速度之間近似滿足這個

37、關a 1 RTr2 vL = | w系式 c0一T0E。燃燒速度的單位是摩爾每立方米每秒，表示單位時間單位體積內說消耗的燃料量， 而火焰傳播速度單位是米每秒，是化學反應燃燒區在空間的移動。層流火焰傳播速度定義：火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳播速度。6 .燃料氣的熱擴散系數、燃料的發熱量、燃料的活化能、可燃氣體初溫、火焰自身溫度、氣體的密度、 氣體的壓力、惰性組分的濃度等因素如何影響層流火焰傳播速度？同第一題7 .過量空氣系數如何影響層流火焰傳播速度？火焰傳播的濃度限的意義是什么？見第一題，另外a 1燃料多QLi自火焰傳播濃度限的意義是，在一定的燃料濃度（即燃料氣與空氣的配比）范圍之內

38、，火焰才能傳播，超出這個濃度范圍之外（濃度太低或濃度太高），火焰不能傳播。8 .什么是淬熄距離？答：火焰傳播過程中，在距離壁面很近的地方（邊界層），壁面溫度低，dT/dr較高，散熱強烈，使Vl J造成火焰無法傳播的臨界便捷厚度成為淬熄距離。9 .火焰鋒面厚度的計算式是什么？真實的火焰鋒面厚度大約是多少？Mlmm、：=Vl .心（Tr-T0）Co ,工為將燃氣從T0加熱到燃燒溫度Tr的時間T - , ，Q -從能量角度從化學反應引起的消耗看10 .什么是擴散火焰？什么是預混火焰？什么是全預混火焰？其火焰的形狀和結構有何區別？請簡單進 行圖示說明。答：擴散火焰：燃料和氧化劑邊混合邊燃燒，這時由于擴

39、散作用對燃燒起控制作用，又稱擴散火焰。 預混火焰：燃料和氧化劑預先混合好，這時化學動力學因素對燃燒起控制作用，亦稱動力燃燒。全預混火焰：若一次預混空氣系數a 1k=1 , 一級空氣氧已足夠，此時也只有一個內火焰鋒面,此時為全預混火焰。擴散預混全預混00+11特 征只有外火焰面二缺氧，析出碳黑（冒黑煙） ”.燃燒不強烈，火焰無力，丁1 卜，火爆長度長有內、外火焰面； 燃燒物化，溫度T 火焰長度短，半發 光火焰，淡設色。只有內火焰血 Tft-火焰史短, 不發光火炳。圖見4-1811 .什么是脫火和回火？圖解火焰的脫火區、回火區、穩定區和黃色火焰區。v0氣流速度，vL火焰傳播速度若v0 vL ,即A

40、v vL,即Av0 ,火焰面將被氣流吹向下游（脫火）黃色灰M 焰區黃色火焰區：純擴散火焰，不可能回火，因為管道中沒有氧氣， 火焰傳播速度為0。也不易脫火, 因為，隨著燃料在環境中的擴散，與氧氣混合，火焰傳播速度上升，而流速卻在擴散過程中不斷 下降，很容易出現火焰穩定點。過量空氣系數1時，既容易回火，也容易脫火，火焰很不穩定。火焰傳播速度很快，管道內供氧充分，很容易回火。混合氣流離開噴嘴以后，火焰傳播速度不斷下降，雖然流速也不斷下降，但是，火焰傳播速度的下降更快，很容易脫火。過量空氣系數=0.40.7,穩定區域很大，運行較為可靠。混合物中火焰傳播速度很低，不容易回 火。與純擴散火焰類似，隨著燃料

41、在環境中的擴散，與氧氣混合，火焰傳播速度上升，而流速卻 在擴散過程中不斷下降，很容易出現火焰穩定點。2812 .為什么說擴散火焰不容易脫火也不容易回火？為什么全預混火焰既容易脫火也容易回火（即，為什 么全預混火焰的穩定區比較窄）？結合火焰傳播速度和氣流速度在自由射流中變化規律的圖進行解 釋。見11題中所述13 .常用的防止回火的措施有哪些？常用的防止脫火的措施有哪些？穩焰方法防止回火喉口，冷卻防止脫火一一控制，鈍體，旋流，穩焰環其它穩焰方法小型點火焰反向射流穩定火焰旋轉射流穩焰燃燒室壁凹槽穩定火焰流線型物體穩焰14 .氣體湍流擴散火焰的形狀隨噴射流速如何變化？長度比層流火焰顯著縮短，但隨氣流速

42、度增加變化不大由湍流火焰傳播的皺折表面燃燒理論分析知1）小尺度湍流時，湍流混合長度 層流火焰厚度，火焰仍有明顯的烽面只是略顯模糊2）大尺度弱湍流時，脈動速度 火焰傳播速度，火焰鋒面明顯彎曲，但還是連續的3）大尺度強湍流時，脈動速度 火焰傳播速度，火焰烽面不再是連續的，有燃燒的微團第五章 液體燃料的燃燒1 .液體燃燒的過程是什么？液體燃燒是一個復雜的物理化學過程，對于沸點低于其燃點的液體燃料，液滴總是先蒸發成氣體, 并以氣態的方式與空氣擴散混合從而燃燒。霧化一受熱蒸發一擴散混合一燃燒2 .圖解單個液滴燃燒時的空間區域劃分，以及油蒸汽濃度、氧氣濃度和溫度分布。I.油滴瓦油蒸汽區3.燃燒區*外部5一

43、油蒸汽濃度6一氧氣液度7一溫度3 .油滴燃燒屬于擴散燃燒還是預混燃燒？為什么？02混合，并燃燒，油滴的表面擴散燃燒，油滴的燃燒是油滴蒸發為油蒸氣，再與從環境中擴散來的 是沒有氧氣的，故可看作擴散燃燒。4 .液體燃料噴霧特征的評定指標有哪幾項？a）霧化角：包括條件霧化角和出口霧化角b）霧化液滴細度度：表示油滴顆粒大小的指標c）霧化油滴均勻性d）流量密度e）噴霧射程：水平方向噴射時，噴霧液滴喪失動能時所能到達的平面與噴口之間的距離 5.畫出常用的壓力霧化、旋轉霧化和介質霧化噴嘴結構的簡單示意圖。壓力式噴嘴是利 用噴嘴進出口壓 差實現液滴從液 體射流中分離旋轉式噴嘴是利 用噴嘴進出、壓 差和旋轉離心

44、力 使液膜失穩而分離出液滴氣動式噴嘴則是 利用空氣和蒸汽 作霧化介質使液 滴從液體燃料中 分離6 .斯蒂芬流是什么？氣體在液滴表面或任一對稱球面以某一速度離開的對流流動被稱為斯蒂芬流，而是一種宏觀物質的 遷移，不是擴散，只有在兩相界面上有物理過程（液體的蒸發）或化學過程（液滴的燃燒）時發生。7 .請推導單個油滴燃燒時，粒徑與時間關系的表達式。并根據表達式討論，如何優化油滴的燃燒。假設 油滴球形，其周圍溫度場（a）,濃度場均勻（D）油滴隨氣流而動，與氣流間無相對運動（Re=0）4二r2- dT =qm Cp（T -T；） H1）熱量平衡方程：dr 火焰鋒面向內向外導熱傳遞（忽略輻射） ，向內導熱

45、量=產生的油氣所需汽化潛熱量溫度To=Tb對上式從液滴表面向火焰鋒面積分：+油氣溫度升高所需熱量；且油滴表面溫度近似等于飽和Tr4二，T0dTCp(T -To) H2 rdr得:4 認：1cp 1qm=一丁T In 1 十才(TrTo)(*)Cp(1-1)- Hr。A2)dC火焰外側氧量及燃料量平衡方程：4二r D不O2從遠方擴散而來在鋒面上全部消耗掉，鋒面 反應中氧與油的化學計量比 3 ； qm：氣化量, 從火焰鋒面向環境積分并化簡得火焰鋒面的位置:_ qmO2的濃度=0,且O2擴散到鋒面的量符含化學 擴散火焰單位時間消耗的燃料量4二 DdC = :qmdrr1 = ：qm3)0ri r4

46、二 DC 二代入(*)得：n k Pr 6qm 二；4kTCp一 In 1 p(Tr -To)Cp Hk：燃燒常數4）油滴的直徑變化:d 二 3二J,6)一對上式從油滴表面向任一空間位置積分得油滴燃燒的直徑一一平方定律.022提升油滴燃燒速度的措施：i. 伊J-kT ,輕質油的燃燒速度更快。ii. CpJ,入kA,氣體導熱性能好，燃燒更快。iii. Hj-kT ,油的氣化潛熱少，燃燒更快。iv. Trf-kf ,燃燒環境溫度高，燃燒更快。v. ToJ-kT ,油的飽和溫度低，燃燒更快。vi. DT-kT ,湍流傳質能力強，燃燒更快。vii. C-T-kT ,環境氧濃度高，燃燒更快。viii.

47、應T ,單位耗氧量低，燃燒更快ix. 燃盡時間0 =g5 生，如 匹J則% J （故要提高霧化質量）k8.燃油燃燒器的調風器應具備哪些功能？調風器的功能：使空氣均勻分配，并可調節；使油霧空氣混合良好；穩定火焰；油燃燒器有旋流, 平流兩種第六章煤的燃燒1 .圖示煤燃燒過程的主要特點。2 .典型的煤顆粒燃燒經歷幾個階段，大約需要多少時間? 預熱及揮發分著火：1.0s ;揮發分的燃燒：0.3s ;焦炭預熱著火：0.4s；焦炭燃燒燃盡：5.0s3 .什么叫異相燃燒？異相化學反應分為幾個步驟？氣固兩相間在固體或液體的表面上進行的燃燒反應第一步：O2必須通過擴散到達固.液的表面被吸附第二步：在表面進行燃燒

48、的化學反應并產生反應產物第三步：反應產物從表面上脫離(解吸)，并從表面向外擴散開去4 .推導碳球異相燃燒速率的計算式，并結合圖線探討異相化學反應速度隨溫度和質量交換系數的變化 規律。說明，什么是動力燃燒區？什么是擴散燃燒區？什么是過渡燃燒區？設反應級數為1,則w - kCo2必 E e=，k0expRTlCO2氧從遠方向單位碳表面積單位時間內擴散的流量qm (mol/m2 - s)為:C二-CO2 二C-CO2擴散到碳表面的 O2與碳發生化學反應，當達到平衡時，消耗的O2量就是qm : qm=C02/(1/k)把兩式中的 c%消去：wo2= qm =-芋+k : zl11i,溫度較低時：k 丁

49、qm=kg,此時傳質因素，不是影響燃燒速率的關鍵，應當通過提高系統溫度加快燃燒，此時燃燒處于動力燃燒區ii.溫度較高時：化學反應速率已很快，此時影響燃燒速率的主要是擴散到煤粒附近的氧氣 濃度，故qm =sig,此時應通過強化傳質，提高燃燒速率，此時燃燒處于擴散燃燒iii.當T適當，k= a zi時4x1 Oi過渡區，T T和T a zi都能起到強化燃燒的效果。例如：豕 用煤爐在 *滅時， 強化燃燒 的要點在于保溫、 升溫2i101x10 用盛強要大 家旺，的加 如爐蝌在風 例煤燃化點扇溫度比較低，提高 燃燒速度的關鍵是 提高溫度J 5U01200 1oio 200C溫亞T/K!動力區；過渡區;擴散區朝妾或鼻學能厚身的勾工型學”溫度很高，提高 燃燒速度的關鍵 是提圖固體表面 的質量交換系數5 .顆粒直徑、溫度和顆粒與氣流之間的相對速度對燃燒區域（動力區、擴散區）的影響是什么?顆粒直徑越小進入擴散區的溫度越高，溫度越高越偏向于擴散區，氣流之間的相對速度越大越偏向于動力