2012燃烧学A评分

内蒙古科技大学考试标准答案及评分标准A
课程名称：燃烧学考试班级：2010级热动专业
考试时间：2012年6 月14 日16 时0分至18 时0分标准制订人：伍永福
一、名词解释（共5题，每题3分，共15分）
1.燃烧
答：燃烧标准化学定义：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应．
燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应，不一定要有氧气参加
2.活化能
答：活化能：使普通分子（平均能量）变为活化分子所需能量。

3.过量空气系数
答：过量空气系数是反应供应空气（氧气）与反应恰好完全反应所需空气（氧气）之比
4. 扩散火焰
答：扩散火焰：燃料和氧化剂边混合边燃烧，这时由于扩散作用对燃烧起控制作用，又称扩散火焰。

5. 强迫着火
答：强迫点燃：用炽热物体使可燃混合物着火。

二、填空题（共6题，每空1分，共14分）
1. 煤中硫分有固定硫、有机硫、无机硫存在形式。

2. 根据影响燃烧过程的化学动力学因素和扩散因素的不同，燃烧过程可分为动
力燃烧、扩散燃烧、中间燃烧。

3. 煤的化学成分有应用基、干燥基、可燃基表示法。

4. 气体燃烧器由于燃烧效率和环保的要求不断开发出新型燃烧装置，请列举两
个常用的新型燃烧装置低NOx烧嘴、高速烧嘴。

5. 在燃烧过程中导致回火的根本原因是火燃传播速度大于燃烧气流速度。

6. 燃气燃烧器的喷嘴可分为三种： 有焰烧嘴 、 无焰烧嘴 和大气烧嘴
三、简答题（共6题，每题6分，共36分）
1. 质量作用定律的适用范围？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。

答：①反应应为简单反应
②严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。

③对于多相反应，仅考虑气相物浓度，对于固相或液相物质蒸汽分压不考虑。

按质量作用定律：当温度不变时，某化学反应的反应速度与该瞬间各反应物浓度的乘积成正比例，如果该反应按照某化学反应方程式一步完成（简单，基元反应），则每种反应物浓度的方次即等于化学反应方程式中的反应比例常数。

2.Arrhenius 定律的内容是什么？适用范围？
答：温度对化学反应速度的巨大影响反映在反应常数上，这个关系称为阿累尼乌
斯定律，表达为，其中k0是频率因子，E 是活化能，与反应物温
度及浓度无关。

适用范围为：
A 简单化学反应（基元反应），或复杂化学反应中的每一步基元反应
B 有明确反应级数n 和速度常数k 的复杂反
3. 本生灯火焰稳定的机理是什么？如何使用本生灯测量层流火焰传播速度？ 答：本生灯的火焰稳定机理：本生灯出口处Re 较小，一般属层流，火焰锋面以
ce
u 传播，可燃混合气以w 速度前进，合成速度的结果就是形成了的圆锥面。

这也称为余
弦定律：
ce
n u w w ==ϕcos 。

w n 的存在使得火焰锋面上质点沿a-b 方向移
动，为使火焰稳定，当质点由a 移至b 时，必须有另一质点补充上来。

因
此在接近火炬根部的焰锋表面上，必须存在一固定的点火源（不断点燃火焰根部附近的可燃气体以补充被气流带走的质点）。

此即圆锥面火焰锋面的策源，底部四周一圈环形火焰锋面——点火环。

点火环的存在是由于燃料混合物喷出本生灯后在边缘上速度很低，有一些地方射流速度正好等于u
，即形成了点火环。

ce
如图所示，当火焰稳定时，混
合气体在火焰锋面法向的分速度就
等于气体火焰的传播速度。

测量空
气与燃气流量，可得混合气体流量，
根据已知的喷嘴直径，可计算出混
合气体的流速；再测量火焰的高度，
算出火焰圆锥投影的半角，即可得
到混合气体在火焰锋面法向的分速
度——气体火焰传播速度。

4. 为什么说扩散火焰不容易脱火也不容易回火？为什么全预混火焰既容易脱火也容易回火？
答：当α1K=0，纯扩散火焰，不可能回火，因为管道中没有氧气，火焰传播速度为0。

也不易脱火，因为，随着燃料在环境中的扩散，与氧气混合，火焰传播速度上升，而流速却在扩散过程中不断下降，很容易出现火焰稳定点。

火焰极为稳定，但化学不完全燃烧损失大。

α1K=0.4~0.7，稳定区域很大，运行较为可靠。

混合物中火焰传播速度很低，不容易回火。

与纯扩散火焰类似，随着燃料在环境中的扩散，与氧气混合，火焰传播速度上升，而流速却在扩散过程中不断下降，很容易出现火焰稳定点。

α1K太小时，气体中烃缺氧，发生高温裂解，产生炭黑，火焰呈明亮黄色，发光火焰，黑度大，有利于炉内传热。

α1K≥1时，既容易回火，也容易脱火，火焰很不稳定。

火焰传播速度很快，管道内供氧充分，很容易回火。

混合气流离开喷嘴以后，火焰传播速度不断下降，虽然流
速也不断下降，但是，火焰传播速度的下降更快，很容易脱火。

5. 油滴燃烧属于扩散燃烧还是预混燃烧？为什么？
答：属于扩散燃烧限制油滴燃烧的主要因素是与空气的混合速度，即取决于空气向油滴表面扩散所需的时间，属扩散燃烧。

6. 什么叫异相燃烧？异相化学反应分为几个步骤？
答：异相燃烧是指不同相的物质之间发生的燃烧反应。

通常气固异相反应包括如下步骤：
第一步：O2必须通过扩散到达碳的表面，并被碳表面吸附
第二步：在碳表面上进行碳—氧反应，并生成反应产物
第三步：反应产物从碳的表面上脱离（解吸），并从碳表面向外扩散开去
四、分析题（共2题，共25分）
1、常言道“一根火柴点燃不了一根木头”，然又有“星星之火可以燎原”之说，两句话具有一定的哲学原理，也有一定的科学道理，请用燃烧学的热力学着火理论及点燃理论分析其科学道理。

（13分）
答：热着火：可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热，或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断自动加速，积累更多能量最终导致着火。

热着火过程：温度升高引发的，将使得系统中整体的分子动能增加，超过活化能的活化分子数按指数规律增加，导致燃烧反应自动加速。

强迫着火，借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部着火，然后火焰传播到整个可燃混合物中。

一根火柴点燃不了一根木头是由于在强迫着火过程中可燃混合物由于本身氧化
反应放热小于散热所以不能着火，星星之火可以燎原说的是借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部着火，然后火焰传播到整个可燃混合物中。

2、图解单个液滴燃烧时的空间区域划分，以及油蒸汽浓度、氧气浓度和温度分布。

（12分）
五、综合计算题（共1题，每题10分，共10分）
1. 有一煤样，经测定，其成分（%）表达为：C daf =85，H daf =5，O daf =5，N daf =2，S daf =3，A d =1
2.5，W ar =20。

试求：
（1）理论空气需要量L 0（m3/kg ）（5分） （2）理论燃烧产物成分（5分） （1）
• 1、进行成分换算：
A ar =A d *（1-W ar %)=12.5*(1-0.2)=10 C ar =C daf *(1-A ar %-W ar %)
=85*(1-0.1-0.2)=59.5
同理可求H 、O 、N 、S 的应用成分分别为3.5，3.5，1.4，2.1 • 2、求各组分燃烧耗氧量之和
G 0O2=(8/3C+8H+S-O)/100 (kg)
=(8/3*59.5+8*3.5+2.1-3.5)/100 =1.853 (kg) L 0O2=G 0O2/(32/22.4)=G 0O2/1.429 =1.297 (m3/kg)
• 3、求空气需要量L 0=L 0O2/0.21=6.176 (m3/kg) （2）
• 烟气成分 • V CO2=1.11 • V H2O =0.641 • V SO2=0.015 • V N2=4.890。