第1章(绪论)(2)

第三部分 燃烧基本理论 介绍燃烧化学动力学基础，以及着火理论、火焰传播及火焰稳定 机理等
第四部分 燃烧方法与燃烧装置 介绍气体燃料、液体燃料及固体燃料的燃烧过程与燃烧规律，介 绍工程上实际采用的燃烧方法及一些典型的燃烧装置。
二、为什么学习燃烧学
燃烧是大气环境污染的主要来源 燃烧学在热能工程学科中是专业骨干课程 燃烧理论与技术在国民经济发展中的地位重要（能 源动力、冶金、交通、制造业、火力发电） 燃烧对人类发展起重要的作用
2013/9/25
人类的物质文明史与燃烧技术的发展不可分割， 火的历史也就是人类社会进步的历史。 第一次产业革命在英国出现，其标志就是蒸汽 机的产生，这是人类对火(燃烧)现象的长期知 识和经验积累的结果。
燃烧技术的三次大发展：
蒸汽机和内燃机（产业革命） 航空航天技术（二次世界大战） 能源危机（70年代末）
6
课程特点和学习方法
特点：既古老又年轻，发展不完善，理论多，不 确定的结论多，综合性强，难度大，公式多，概 念多，应用性强。 方法：注意总结归纳，笔记，注重概念的理解。
2013/9/25
7
燃烧学发展线索
十七世纪末叶斯嗒尔的燃素说 十八世纪拉瓦锡证明燃烧为氧化反应 十九世纪建立的燃烧热力学理论 二十世纪初刘易斯、谢苗诺夫的反应动力学机理 二十世纪六十年代冯·卡门、钱学森建立的“化学流
体力学” 二十世纪七十年代斯波尔丁建立了“计算燃烧学”
燃烧测试技术的发展先进的激光技术，现代质谱、 色谱等光学，化学分析仪器、红外热像仪等
3
2013/9/25
近年来计算机的迅猛发展，提供了一套在一般条件 下用数值方法求解上述方程组的可能性，可以求出 各种理论数学模型的解，通过把该解与相应的实验 研究结果对比、检验、发展和优化的理论模型，从 而深入认识现有燃烧过程，预示新的燃烧现象，进 一步揭示燃烧规律。这样就把燃烧理论与错综复杂 的燃烧现象有机地联系起来，使燃烧学科上升到系 统理论的高度。
燃烧学
授课教师：金晶 电 话：13651975399 E-mail: alicejinjing@hotmail.com
2013/9/25
定义
燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定条件下， 所进行的具有发光和发热特点的剧烈的氧化反应。 燃烧学的定义：是研究燃烧过程基本规律及其应用 技术的科学。它包括两方面的内容：燃烧理论和燃 烧技术。
2
2013/9/25
1774年，普利斯特列发现了氧 拉瓦锡很快在实验中证明，这种物质在空气中的比 例为1/5，并命名这一物质为“氧”(原义为酸之源) 拉瓦锡正确的燃烧学说得到确立，并因此而引起了 化学界的一大革新。这仅仅是揭开了燃烧的本质。
燃烧热力学基础
19世纪，由于热力学和热化学的发展，燃烧过程开 始被作为热力学平衡体系来研究，从而阐明了燃烧 过程中一些最重要的平衡热力学特性，如燃烧反应 的热效应， 燃烧产物平衡组成，绝热燃烧温度、 着火温度等。但形而上学地把某些特性看成孤立不 变的参数，当时热力学成为燃烧现象认识的重要而 唯一的基础。
计算燃烧学
二十世纪七十年代，以英国科学家斯波尔丁 (spalding)为首的学派比较系统地把计算流体力学 的方法用于有燃烧现象的边界层流动、回流流动和 旋转流动，建立了“计算燃烧学”。能很好地定量 预测燃烧过程和燃烧设备性能，使燃烧理论及其应 用达到了新的高度。
遇到了湍流问题的困难，斯波尔丁和哈洛继承和发 展了普朗特，雷诺和周培源等人的工作， 将“湍流 模型方法”引入了燃烧学的研究，提出了一系列的 湍流输运模型和湍流燃烧模型，并成功地对一大批 描述基本燃烧现象和实际的燃烧过程进行了数值求 解。
燃烧理论着重研究燃烧过程所包含的各个基本现象，主要运用 化学、传热、传质学和流体力学的有关理论，对基本现象的物 理、化学本质进行阐述。热能领域主要研究燃料的燃烧速度、 燃烧稳定性、火焰的流场和结构、燃烧污染物生成机理和燃烧 过程的数学模型的建立等等。 燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐述的物理概念和基本规律与 实际工程中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析 和改进，探讨新的研究方法，提高燃料利用率和燃烧设备的水 平。
二十世纪五十年代后期美国力学家冯·卡门和我 国科学家钱学森首先倡议用连续介质力学方法来 研究燃烧基本现象，建立了“化学流体力学”。 许多学者根据这一方法来研究燃烧问题，如层流 燃烧、湍流燃烧、火焰稳定等，取得了广泛的研 究成果。
在流体力学、反应动力学和其它物理化学方程的基 础上，提出化学流体力学的全套方程组。过去由于 数学尚无力论证这组方程的通解和解的存在性，这 与通常的人们在一般条件下通过把体现燃烧理论的 那些基本方程的解与实验研究对比的方法来检验和 发展理论的过程不相一致，致使燃烧学长期停留在 实验、总结的阶段。
Hale Waihona Puke Baidu
燃素的本质是什么?为什么物质燃烧重量反而增加? 为什么燃烧使空气体积减少? 虽被证明完全错误，但其注意观察和理论总结的研 究方法，却为后代科学家提供一个范例，也正是这 种精神，使后来正确的燃烧学说得到很快的发现。
化合反应
1772年11月1日法国科学家拉瓦锡关于燃烧的第一 篇论文发表了，其要点是由燃烧而引起的重量增加 是由于可燃物同空气中的一部分物质化合的结果， 燃烧是一种化合现象。但拉瓦锡尚未完全弄清楚空 气中的这一部分是什么物质。
燃烧化学反应动力学基础
二十世纪初美国化学家刘易斯和苏联化学家谢 苗诺夫等人研究了燃烧的反应动力学机理，认为 燃烧的化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因 素，并发现燃烧反应具有链锁反应的特点，这才 初步奠定了燃烧学理论的基础。
随着二十世纪初各学科的迅猛发展，在30年代 和50年代之间，人们开始认识到影响和控制燃 烧过程的因素不仅仅是化学反应动力学因素， 还有气体流动，传热，传质等物理因素，燃烧 则是这些因素的综合作用的结果，从而建立了 着火，火焰传播，湍流燃烧的规律。
古老的传说
火是神的贡献，是普罗米修斯为了拯救人类的灭亡， 从天上偷来火种的。（希腊传说） 我国五行说就有火的概念。在我国，燧人氏钻木取 火的故事更为切合实际和动人。 但这些离火的本质相距甚远。
燃素说的正确评价
十七世纪末叶斯嗒尔(G.E.Stah1)提出燃素论做为燃 烧理论认为：物质之所以能够燃烧，都是由于其中含 有着被称为燃素的物质。燃素逸至空气中时就引起了 燃烧现象，逸出的程度愈强，就愈容易产生高热、强 光和火焰。物质易燃和不易燃的区别，就在于其中含 有燃素量的多寡不同。这一学说对于许多燃烧现象给 予了说明
同时燃烧测试技术的发展改进了试验方法和测试 精度，利用先进的激光技术，现代质谱、色谱等 光学，化学分析仪器，研究燃烧过程的各种机理， 燃烧学在深度和广度上都有了飞跃的发展
X射线衍射仪
激光粒度分析仪
5
差式扫描量热仪 DSC
2013/9/25
场发射环境透射电镜
差示扫描量热分析系统
傅立叶变换红外光谱仪 等离子体发射光谱仪 元素分析仪
近代燃烧技术的发展
燃烧的强化---高能，高压，高温，高速燃烧。 节能—高效率，低品位燃料燃烧 环保—低污染 （低NOx，SOx，CO2，粉尘，噪音， 有毒气体）燃烧 几种近代燃烧技术：富氧燃烧，化学链燃烧，氢氧 燃烧；超音燃烧；旋流（风）燃烧；流化床燃烧， 磁控燃烧；脉动燃烧；催化燃烧；自蔓延燃烧
燃烧测试技术的发展
教材：《燃烧学》汪军. 机械工业出版社，2008 教学参考书：
《工程燃烧学》童正明. 仪器仪表出版社 《燃料及燃烧》韩昭沧.冶金工业出版社，2000 《燃烧理论》F.A.威廉斯 《实用燃烧技术》赵易成 《燃料与燃烧》常弘哲
一、本课程主要内容
第一部分 燃料概论 介绍固体、液体和气体燃料的种类和性能
第二部分 燃料反应计算 燃烧需要的空气量、燃烧产物的生成量、燃烧温度计算及燃烧过 程的质量检测
燃烧科学目前正在从一门传统的经验科 学成为一门系统的、涉及热力学、流体 力学、化学动力学、传热、传质学、物 理学的以数学为基础的综合理论体系。
燃烧科学发展的最重要的形式是理论的更替，而理论 的更替正是科学实践的结果，也就是研究方法的更替， 从燃烧学发展的简史可以看出，仅有实验的力量并不能 决定理论的正确与否，如燃素说的基础也是实验，但得 到的却是错误的理论，燃烧理论的建立是实验研究和理 论总结的结合。由于燃烧过程的复杂性，到目前为止， 燃烧科学的研究，仍然以实验研究为主，但理论和数学 模型的方法正显得越来越重要。
燃烧理论方面目前的研究，主要以燃烧过程涉及 的基本过程为对象。如燃烧反应的动力学机理， 燃料的着火、熄灭、火焰传播、火焰稳定、预混 火焰、扩散火焰、层流和湍流燃烧、催化燃烧、 液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃烧、燃烧产 物的形成机理等。
4
燃烧技术的发展
燃烧技术的研究，主要是应用上述理论研究的结 果来解决工程技术中的各种实际问题，包括燃烧 方法的改进，燃烧过程的组织，新的燃烧方法的 建立，提高燃料利用率，拓宽燃烧利用范围，改 善燃烧产物的组成，实现对燃烧过程的控制，控 制燃烧过程污染物的形成与排放等等。
1
高效、高强度燃烧
提高燃烧设备技术水平
清洁燃烧
能源
常规能源
新能源
最新能源
煤、油、气
太阳能、风能
节能
水电
地热能、核能
2013/9/25
燃烧科学的发展简史
燃烧是物质剧烈氧化而发光、发热的现象， 这 种现象又称为“ 火”。 火的使用是人类出现的标志之一，“摩擦生火第 一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人和 动物分开”使人类摆脱茹毛饮血、黑暗寒冷。