燃烧科学的发展简史
天然气燃烧技术的发展与应用
天然气燃烧技术的发展与应用天然气作为一种清洁、高效、环保的能源，其燃烧技术的发展与应用一直备受关注。
本文将从天然气燃烧技术的发展历程、应用领域拓展、技术创新以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、天然气燃烧技术的发展历程天然气燃烧技术的发展可追溯至19世纪初，当时以天然气为燃料的煤气灯广泛应用于照明领域。
20世纪初，随着工业革命的推进，天然气燃烧技术得到了进一步的发展。
特别是在轮机、炉窑、锅炉等领域，天然气燃烧技术成为主要的能源燃烧方式，取代了传统的煤炭燃烧。
二、天然气燃烧技术的应用领域拓展随着科技的不断进步，天然气燃烧技术的应用领域不断拓展。
目前，天然气燃烧技术广泛应用于以下几个方面：1. 工业领域：天然气作为一种高效清洁的燃料，被广泛应用于钢铁、化工、轻工等行业。
天然气燃烧技术不仅可以提高生产效率，还能降低环境污染。
2. 公共领域：天然气燃烧技术在城市燃气供暖、热水供应等领域得到了广泛应用。
相比传统的燃煤供暖方式，天然气燃烧更加清洁环保，能够有效减少煤烟污染。
3. 交通运输领域：天然气作为一种替代汽油和柴油的清洁能源，其燃烧技术在汽车、公交车、货车等交通工具中得到了应用。
天然气燃烧能够有效降低尾气排放，减少大气污染。
三、天然气燃烧技术的技术创新为了提高天然气的燃烧效率和环保性能，科研机构和企业在天然气燃烧技术方面进行了大量的研究和创新，取得了一系列重要成果。
1. 高效燃烧技术：通过优化燃烧室结构、改善燃烧工艺等手段，提高了天然气的利用效率。
例如，预混燃烧技术、富燃烧技术等都能够显著提高燃烧效率，减少能源浪费。
2. 低氮燃烧技术：氮氧化物是空气污染的主要源之一。
为了减少氮氧化物的排放，研发出了一系列低氮燃烧技术，如燃烧控制技术、余热利用技术等。
这些技术均能够有效降低氮氧化物的生成量，减少大气污染。
3. 智能燃烧控制技术：借助先进的传感器和自动控制系统，实现天然气燃烧过程的智能化控制。
智能燃烧控制技术能够精确控制燃气供应、调整燃烧参数，从而提高燃烧效率，减少能源消耗。
课件--消防 燃烧学
燃烧的本质
三、燃烧的本质 （一）本质
所谓燃烧，是指可燃物与氧化剂作用发生的放 热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。 从本质上讲，燃烧是一种氧化还原反应，但其 放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不 同于一般的氧化还原反应。
燃烧的本质
（二）基本条件
1、可燃物（还原剂）
2、助燃物（氧化剂）
六、燃烧类型 （三）自燃
可燃物质在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受 热或自身发热所产生的自行着火现象，叫做自燃。
燃烧类型
与水作用发生自燃的物质 1、活泼金属
2Na 2H 2 O 2NaOH H 2 371.5kJ H 2 2O 2 2H 2 O 483.6kJ
燃烧的本质
（四）燃烧产物
危害性： 1.烟气的毒害性 2.烟气的减光性 3.不完全燃烧产物的爆炸性
燃烧的热量传递
五、燃烧的热量传递 （一）传递方式
1、热传导 相互接触而温度不同的物体或物体中温度不同的各个部 分之间，当不存在宏观的相对位移时，由微观粒子的热运动 引起的热传递现象。
T Q F d
对黄磷等易自燃商品的包装，宜将其装入壁厚不少 于1毫米的铁桶中，桶内壁须涂耐酸保护层，桶内盛 水，并使水面浸没商品，桶口严密封闭，每桶净重不 超过50公斤。
4P 5O 2 2P2 O 5
燃烧类型
2、烷基铝 存放在苯中
(C 2 H 5 ) 3 Al 3H 2 O Al(OH) 3 3C 2 H 6 2C 2 H 6 7O 2 4CO 2 6H 2 O
燃烧的热量传递
（二）烟囱效应
烟囱效应的特点 （1）管道H越高，管道平面下的压力差（P－P1）越 大，烟囱效应越显著。 （2）管道内外温差越大，热空气与冷空气的比重差越 大，管道下端平面上的压力差也就越大，烟囱效应越 显著。
燃烧学理论
一、燃烧素学物质燃烧现象是古代和近代化学的重要研究对象。
古代哲学家把火看作是宇宙的“本原”；炼金家和医药化学家则视火为构成万物的“要素”；化学一度被称为“火术”。
当时已知的化学反应大都周燃烧现象有关。
特别是到了十七世纪中叶以后，随着资本主义生产的发展，金属冶炼、燃烧及其它高温反应都迫切需要对燃烧现象作出理论上的解释，所以建立燃烧理论已成为整个化学发展的中心课题。
在这种形势下，首先出现了错误的燃素学说，并统治化学达百年之久。
随后由于气体化学的成就而被推翻，建立了科学的氧化学说，使化学第一次有了关于化学反应的理论。
至此化学不仅在元素概念和物质组成上，而且在化学反应上确立了科学体系，奠定了近代化学的最后基石。
(一)燃素学说的统治处于十七世纪中叶的化学，虽然波义耳已从理论上阐明了元素的概念，然而在实际上，人们还难以辨别究竟什么是元素；医药化学家的“三要素”说仍在起着作用，并为燃素学说的产生提供了思想基础。
1669年曾经随同波义耳研究过燃烧现象的德国化学家贝歇尔(J．J．Becher，1635—1682)提出了燃素学说的基本思想。
他在《土质物理学》一书中提到，气、水、土虽然都是元素，作用并不相同：气不能参加化学反应，水仅仅表现为一种确定的性质，而土才是造成化合物千差万别的根源。
他认为土有三类：油状土、流质土、石状土，分别相当于硫、汞、盐“三要素”。
他还认为一切可燃物均含有“硫”的“油状土”，并在燃烧过程中放出。
他依此来解释燃烧现象。
1703年，贝歇尔的学生(Scheele)斯塔尔对他的老师的思想加以补充和发展，提出了一个比较完整的燃烧理论，称之为燃素学说。
他认为，“油状土”并非是“硫要素”所代表的可燃性，而是一种实在的物质元素，即“油质元素”或“硫质元素”，他把这种元素命名为“燃素”。
据此他提出：一切可燃物均含有燃素，可燃物是由燃素和灰渣构成的化合物，燃烧时分解，放出燃素，留下灰渣。
燃素和灰渣结合又可复原为可燃物。
甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧发展历程甲烷催化燃烧是指通过催化剂帮助甲烷与氧气反应，产生水和二氧化碳，释放出能量。
这一技术的发展历程可以追溯到19世纪末。
19世纪末，甲烷催化燃烧的理论基础开始建立。
德国化学家文森特·成立新斯基首先提出了气体催化燃烧的概念。
他在实验中使用了一种铂催化剂成功地催化了甲烷和空气的反应，生成了二氧化碳和水，这为后来的研究奠定了基础。
20世纪初，科学家们开始研究催化剂的种类和性质。
据研究表明，铂等贵金属能够有效地催化甲烷燃烧反应。
然而，高成本和稀缺性使得贵金属催化剂难以商业化应用。
因此，研究者们开始寻找其他廉价的替代催化剂。
20世纪50年代，以氧化铕为代表的稀土催化剂开发成功。
这类催化剂不仅具有良好的催化性能，还具备较低的成本。
通过这些催化剂，甲烷的燃烧速度显著提高，使得甲烷催化燃烧成为可能。
20世纪70年代，催化燃烧技术开始在实际应用中得到广泛推广。
石油工业、化学工业和能源领域开始采用催化燃烧技术来处理高浓度的甲烷废气。
这一技术的应用不仅能够有效地去除废气中的甲烷，还能够将其转化为有用的热能，实现废气的能源回收与利用。
随着时间的推移，催化剂的性能不断提高。
一些新型催化剂的开发成为新的研究热点。
例如，过渡金属氧化物、稀土氧化物和过渡金属分子筛催化剂等被广泛应用于甲烷催化燃烧领域。
同时，催化燃烧技术在环境保护中的作用逐渐得到重视。
由于甲烷是一种温室气体，具有较高的温室效应，大量的甲烷排放会进一步加剧气候变化。
催化燃烧技术能够将甲烷完全转化为二氧化碳和水，减少温室气体的排放。
因此，甲烷催化燃烧成为解决气候变化和改善空气质量的重要手段。
总之，甲烷催化燃烧的发展历程可以追溯到19世纪末，经过多年的研究和发展，催化剂的种类和性能得到了显著提升。
催化燃烧技术在实际应用中展示出了巨大的潜力，并逐渐成为环保和能源领域的研究热点。
随着科学技术的不断进步，相信甲烷催化燃烧技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
引言1
20.8 47.2
24.1 40.5 33.7 21.2
17
17.1 19
85.0
81.7 73.9
10.3
8.6 7.6
4.8
9.6 13.6 5.4
燃烧科学的应用
我国一次能源的消费结构(%)
年份 1953 1980 1993 2000 2020 2050 煤炭 94.33 72.2 75.80 70.06 67.75 60 石油 3.81 20.7 20.3 19.07 14.95 3.19 天然气 0.02 3.1 2.1 3.53 5.54 5.15 矿物燃 料总量 98.16 96 98.2 92.66 88.24 68.34 水电 1.84 4 1.8 6.67 8.75 6.15 核能及 新能源 0 0 0 0.067 3.05 25.51
燃烧理论研究
燃烧科学的研究方法
燃烧科学的研究内容是复杂的，研究方法是多样 的。燃烧科学的发展是理论的更替，而理论的更 替是科学实践的结果，也就是研究方法的更替。 燃烧理论的建立是实验和理论总结的结合。当前 燃烧科学的研究以实验为主，但理论与数学模型 的方法正显得越来越重要。
燃烧科学的研究方法
课程导论
燃烧学发展史
学习燃烧理论的目的与意义
课程特点、要求及参考书
燃烧科学的发展简史
燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象，这 种现象又称为“火”。
火给人类带来了进步，火的使用是人类出现的标 志之一。人类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。目 前燃烧现象渗透在工业和人民日常生活的各个方 面。 对火的认识过程是一个曲折的过程
燃烧科学的应用
在喷气、火箭技术高速发展的今天，正在要求制 造出热强度高，运行范围广的燃烧装置，并越来 越趋向于在高温、高压、高速下进行燃烧 以上这些领域，均对燃烧过程的研究提出了更高 的要求，因此，如何高效、经济地控制燃烧过程， 是燃烧学研究的一个重要方向
简述燃烧学的发展史
简述燃烧学的发展史说起燃烧学的发展史，那可真是一个又惊又喜的精彩故事！咱们的老祖宗在远古时期就已经开始跟火打交道啦。
你想想看，当原始人第一次发现用两块石头摩擦能冒出火星的时候，那个激动劲儿，肯定比现在中了彩票还兴奋呢！到了上古时期，人们就琢磨出了不少用火的门道。
比如说，他们发现某些木头特别容易着火，某些木头燃烧的时间特别长。
这些发现虽然看起来很简单，但可是咱们燃烧学的"启蒙老师"啊！古希腊时期可有意思了，那会儿有个叫恩培多克勒的大聪明，他说世界是由土、水、气、火四种元素组成的。
虽然这个说法现在看来有点天真，但人家能想到火是基本元素之一，这观察力也是没谁了！到了中世纪，炼金术士们可忙活了。
他们整天捣鼓各种物质的燃烧，虽然没能把铅变成金子，但是无意中发现了很多燃烧的规律。
这就跟你做菜时不小心发现新配方一样，有时候意外的发现反而更珍贵呢！十八世纪的时候，燃烧学可算是迎来了春天。
拉瓦锡这位大科学家发现了氧气在燃烧中的作用，直接就把燃素说给打趴下了。
这就好比是把以前那些错误的认识都扫进了垃圾桶，让燃烧学站在了科学的起跑线上。
十九世纪更厉害了，科学家们开始研究火焰结构。
他们发现火焰里面有不同的区域，温度也不一样。
这就像是给火焰拍了个"全身体检"，知道它里里外外都长啥样。
到了二十世纪初期，燃烧学开始变得更专业了。
科学家们研究起了燃烧速度、火焰传播、爆炸极限这些高大上的问题。
这些研究成果让咱们的蒸汽机、内燃机越来越强大，火箭也能飞上天了！二战之后，计算机的出现可给燃烧学带来了福音。
科学家们可以用电脑模拟各种复杂的燃烧过程，就像是在打一个特别真实的游戏，能预测燃烧会发生什么事情。
现代燃烧学更是厉害了，研究范围从普通的火焰燃烧扩展到了等离子体燃烧、超音速燃烧。
这些听起来就像科幻电影里的场景，但现在都变成了现实！环保意识的提高也给燃烧学带来了新课题。
现在的科学家们正在研究怎么让燃烧更清洁、更高效。
燃烧科学的发展简史
燃烧科学的发展简史 Prepared on 22 November 2020燃烧科学的发展简史姓名：xx学号：xx1引言燃烧现象是物理过程与化学过程复杂的相互作用的结果,它涉及许多学科,如化学反应动力学,热力学,气体动力学,传热学,光谱学等,由于燃烧现象的极端复杂性,发展速度缓慢。
但在两次世界大战之间,特别是在过去50年中,一方面由于喷气发动机,包括火箭发动机的迅速发展。
另一方面由于能源危机和大气污染的日益严重,使燃烧科学与技术的研究和开发工作受到很大冲击,从而使燃烧科学与技术获得了空前的发展。
2燃烧科学的起源在中国,虽然燃烧现象的发现和应用远远早于欧洲,为人类作出了很大贡献,但是燃烧作为一门科学，起步比其他国家稍晚。
恩格斯在《自然辩证法》一书中曾说：“人们只有在学会摩擦起火之后，才第一次使无穷无尽的自然力替自己服务”。
到18世纪中叶，科学相对进步的欧洲仍然被错误的“燃素说”所统治。
“燃素说”是德国化学家斯塔尔在《化学基础》一书中提出“火的微粒由燃素构成，物质燃烧释放出燃素，有些物质不能燃烧是因为缺少燃素”的观点，这种观点通知了欧洲将近一百年的时间。
18世纪80年代，法国化学家拉瓦锡先后在“燃烧理论”和“化学纲要”两部着作中对燃烧进行了合理解释，首次提出燃烧是一种“氧化反应”的观点，俄罗斯科学家罗蒙诺索夫根据实验结果也得到了相同的结论。
至此，人类才对燃烧有了真正的认识。
3燃烧科学迅速崛起19世纪中叶，工业革命的成功促使了化学工业的蓬勃发展，分子学说的建立，使得人们开始使用热化学及热力学的方法来研究燃烧现象，相继发现了燃烧热，绝热燃烧温度，燃烧产物平衡成分等燃烧特性。
20世纪初期，苏联化学家谢苗诺夫和美国科学家刘易斯等发现燃烧具有分支连锁反应的特点。
20世纪20年代，前苏联科学家则利多维奇，弗兰克卡梅涅茨基及美国的刘易斯等人又进一步发现燃烧过程是化学动力学与传热，传质等等物理因素的相互作用的过程，并建立了着火和火焰传播理论。
燃烧学-绪论
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。 – 热力学成为燃烧现象认识的重要而唯一的基础。
• 20世纪初：燃烧反应动力学——Semonov，Lewis
– 美国化学家刘易斯和俄国化学家谢苗诺夫等人将化 学动力学的机理引入燃烧的研究。 – 确认燃烧的化学反应动力学是影响燃烧速率的重要 因素，且发现燃烧反应具有链锁反应的特点。 – 才初步奠定了燃烧理论的基础。
2 气态燃料（包括天然气，煤气等）本是一种 燃烧非常干净且燃烧过程易于控制的燃料，但 由于输送过程的安全问题，限制其大量使用。 石油和天然气毕竟远于煤，因此，煤可能成 为主要能源。 另外一个严重影响发展趋势的问题，是人类 环境问题的关注。
– 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。
• 19世纪：燃烧热力学 —— Kerchief，Hess
– 19世纪，由于热力学和热化学的发展，燃烧过程开
• 火的使用是人类出现的标志之一。
• 人类的物质文明史与燃烧技术的发展不可分割
——人类社会文明进程的每一个里程碑，以及 发明改进，都离不开燃烧技术的改进与提高 • 火的历史也就是人类社会进步的历史。
2 . 燃烧现象无处不在 • 日常生活：居室取暖、家用电器所用电
• 动力生产：电厂、锅炉厂、交通工具（汽车发 动机、航空发动机）、空间技术（火箭燃烧技 术） • 工业：钢、铁、铝及其他有色金属的冶炼过程、 石油的炼制、许多的工业燃烧设备（铝合金溶 解炉、保温炉、热处理炉、燃烧机、玻璃熔解 池、焙烧窑、助气锅炉、水套炉）
燃烧学讲义1
西安交通大学能源与动力工程学院
常用代表性燃气成分及特性资料（3）
序 号 燃气种类 标态下高 位热值 标态下低 位热值 实用华 白数 动力 粘度 运动 粘度 爆炸极限 上限/下限 标态下理 论空气量 理论烟气量 干烟气最 大CO2体 积分数 理论燃 烧温度 火焰传 播速度
1 2 3 4 5 6 7 8 9
42218 44308 25665 16929 2805 18614 21017 72314 70642
10.33 9.32 11.60 12.15 15.79 13.56 13.34 7.03 7.14
13.92 9.62 24.76 18.29 11.68 13.39 26.93 2.78 3.04
8
Sox , Nox
0.2 燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用 方式——燃烧； 现代社会的主要动力来源——矿物燃料燃烧；火力发电厂 锅炉（2008年雪灾，电煤），工业用蒸汽，发动机等均是 以固、气、液体燃料的燃烧产生的热能为动力（热源）； 火箭发动机高强度燃烧装置； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制 燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
15.0/5.0 14.2/4.4 35.6/4.5 42.6/6.1 76.4/46.6 19.84/7.37 46.6/5.4 9.7/1.7 9.0/1.9
9.64 11.40 4.21 3.18 0.63 4.66 3.36 28.28 27.37
10.64/8.65 12.53/10.30 4.88/3.76 3.85/3.06 1.50/1.48 5.66/4.61 3.87/3.00 30.67/26.58 29.62/25.12
燃烧学的发展史
燃烧学的发展史燃烧学的研究内容通常包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。
燃烧学是一门正在发展中的学科。
能源、航空航天、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的重大问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、煤浆(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃烧、流化床燃烧、催化燃烧，渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制、火灾起因和防止等。
燃烧学的进一步发展将与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展相互渗透、相互促进远古时代，火的使用使人类从野蛮状态走向文明。
十世纪以前，人们认为物质燃烧取决于一种特殊的“燃素”。
18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。
19世纪，人们用热化学和热力学方法研究燃烧，发现了燃烧热、绝热燃烧温度和燃烧产物平衡成分等重要特性。
20世纪初，苏联化学家谢苗诺夫和美国化学家刘易斯等人发现，影响燃烧速率的重要因素是反应动力学，而且燃烧反应有分枝链式反应的特点，即中间生成物可以加速燃烧过程。
20燃烧学世纪20年代，苏联科学家泽利多维奇、弗兰克·卡梅涅茨基和美国的刘易斯等又进一步发现：燃烧现象，无论是着火、熄灭和火焰传播，还是缓燃和爆震等，都是化学反应动力学和传热传质等物理因素的相互作用。
在研究了预混火焰和扩散火焰、层流燃烧、湍流燃烧、液摘燃烧和碳粒燃烧等基本规律之后，人们认识到，控制燃烧过程的主导因素往往不是化学反应动力学，而是流动和传热传质，于是初步形成燃烧理论。
20世纪40～50年代，由于航空、航天技术的发展，使燃烧的研究由一般动力机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等问题中，并取得了迅速的发展。
因此，力学家卡门和中国的钱学森建议用连续介质力学方法来研究燃烧，提出了“化学流体力学”这一名称。
燃烧科学的发展简史
燃烧科学的发展简史姓名：xx学号：xx1 引言燃烧现象是物理过程与化学过程复杂的相互作用的结果,它涉及许多学科,如化学反应动力学,热力学,气体动力学,传热学,光谱学等,由于燃烧现象的极端复杂性,发展速度缓慢。
但在两次世界大战之间,特别是在过去50年中,一方面由于喷气发动机,包括火箭发动机的迅速发展。
另一方面由于能源危机和大气污染的日益严重,使燃烧科学与技术的研究和开发工作受到很大冲击,从而使燃烧科学与技术获得了空前的发展。
2 燃烧科学的起源在中国,虽然燃烧现象的发现和应用远远早于欧洲,为人类作出了很大贡献,但是燃烧作为一门科学，起步比其他国家稍晚。
恩格斯在《自然辩证法》一书中曾说：“人们只有在学会摩擦起火之后，才第一次使无穷无尽的自然力替自己服务”。
到18世纪中叶，科学相对进步的欧洲仍然被错误的“燃素说”所统治。
“燃素说”是德国化学家斯塔尔在《化学基础》一书中提出“火的微粒由燃素构成，物质燃烧释放出燃素，有些物质不能燃烧是因为缺少燃素”的观点，这种观点通知了欧洲将近一百年的时间。
18世纪80年代，法国化学家拉瓦锡先后在“燃烧理论”和“化学纲要”两部著作中对燃烧进行了合理解释，首次提出燃烧是一种“氧化反应”的观点，俄罗斯科学家罗蒙诺索夫根据实验结果也得到了相同的结论。
至此，人类才对燃烧有了真正的认识。
3 燃烧科学迅速崛起19世纪中叶，工业革命的成功促使了化学工业的蓬勃发展，分子学说的建立，使得人们开始使用热化学及热力学的方法来研究燃烧现象，相继发现了燃烧热，绝热燃烧温度，燃烧产物平衡成分等燃烧特性。
20世纪初期，苏联化学家谢苗诺夫和美国科学家刘易斯等发现燃烧具有分支连锁反应的特点。
20世纪20年代，前苏联科学家则利多维奇，弗兰克卡梅涅茨基及美国的刘易斯等人又进一步发现燃烧过程是化学动力学与传热，传质等等物理因素的相互作用的过程，并建立了着火和火焰传播理论。
在20世纪中叶，在对预混火焰，扩散火焰，层流火焰及湍流火焰，还有液滴及碳颗粒的燃烧进行深入研究之后，科学家们才发现到主导燃烧过程的不仅仅是化学动力学，流体动力学也是重要的影响因素之一。
哈工大能源学院高等燃烧学燃烧理论含绪论
高推重比燃烧；旋流（风）燃烧；流化床燃
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（3）燃烧科学的发展
• 燃素论—18世纪中叶前 • 燃烧的氧化论—Lavosier，Lomonosov （1756-
1771） • 燃烧热力学—Kirshoff，Hess （19世纪） • 燃烧反应动力学—Simonov，Lewis （20世纪初） • 燃烧学—Zeldovich，Frank-Kamenetsky，
绪论
一、燃烧学科的发展 二、燃烧是一个学科 三、燃烧过程的理论模化 四、课程的教学内容和主要参考书
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一、燃烧技术和燃烧科学的发展
（1）燃烧技术发展史
•我国传说：燧人氏钻木取火 •希腊传说：普罗米休斯把火带给人间。至少50万年前人类学会
用火。 •恩格斯：“火”使人类脱离野蛮进入文明 •“庄子”：木与木相摩则燃。 •战国齐国田单：火牛阵 •晋代张华“博物志”：四川用天然气煮盐 •火药和火箭：我国首先发明（至少在宋代） •燃烧技术的三次大发展：蒸汽机和内燃机（产业革命）；航空
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三、燃烧过程的理论模化
1、目的
a. 模拟燃烧过程并发展对各种条件下燃烧行为的 预测；
b. 帮助解释和理解所观察到的燃烧现象； c. 取代困难或昂贵的试验； d. 指导燃烧试验的设计； e. 有助于确定各独立参数对燃烧过程的影响。
《燃烧学》课程笔记
《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根（Roger Bacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）和卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。
燃烧理论发展历程
燃烧理论发展历程燃烧理论是关于燃烧过程中发生的化学反应和物质转化的理论。
它的发展历程可以追溯到古代，但直到近代才获得了较为准确和完善的解释和理论体系。
在古代，人们对燃烧的现象进行了观察和描述，但对燃烧的本质和机制并没有深入的认识。
例如，古希腊哲学家克尔尼代斯和克利特斯认为，燃烧是物质中的火元素释放出来的结果。
这种看法在相当长的时间里占据主导地位，直到近代科学的发展才开始被取代。
到了17世纪，燃烧的基本性质和特征开始被科学家们研究。
英国科学家罗伯特·博义利观察到了燃烧过程中与空气有关的现象，并提出了“氧气论”，认为燃烧是一种物质与氧气之间相互作用的结果。
这一理论为后来的燃烧理论提供了重要的基础。
到了18世纪，法国化学家拉瓦锡在他的研究中对燃烧现象进行了深入的实验和观察，提出了“氧气理论”。
他发现氧气在燃烧过程中起到了一种被消耗的作用，提出了燃烧需要氧气的概念。
但他并没有确切地确定燃烧过程中氧气消耗的量和结果产生的物质的性质。
到了19世纪，燃烧的研究逐渐和热力学相关的研究结合起来。
德国化学家约瑟夫·普拉茨在他的研究中提出了燃烧过程中的“能量守恒定律”，即燃烧过程中放出的热能等于燃料化学能的降低。
他还进一步研究了氧气的冷却和排放问题，将燃烧和氧气的化学性质联系起来，开创了燃烧理论的新发展。
进入20世纪，燃烧的理论研究更加深入和细致。
瑞典科学家西里尔·特尔马尔经过大量实验研究，建立了燃烧的“三要素理论”，即燃料、氧气和着火点是引发燃烧的三个必要条件。
这个理论在燃烧工程和火灾防控中得到了广泛应用。
在近代，随着科学技术的不断进步，燃烧理论得到了进一步的发展。
世界各地的科学家们通过实验和理论研究，不断深化对燃烧过程中化学反应机制和物质转化规律的认识。
例如，针对燃烧过程中的有机物排放和环境影响，出现了更为复杂的燃烧理论模型和计算方法。
综上所述，燃烧理论的发展经历了从古代的观察和描述，到近代的实验和理论研究的过程。
燃烧学
燃烧的重要性
燃烧是一门人类最古老的技术，火是人类最早发现和 应用的现象之一。 大约80%的世界能量供应都是由燃烧生成的。 其地位非常重要，无处不在，各行各业（动力、 冶金、建材、化工、交通……）乃至日常生活均离不开 能源，任何生产过程不投入必要的能源，都无法进行， 所以它是国民经济的“基础、龙头”。Engles说：“是 火和 燃烧的应用促进了人类和世界走向文明”。 在今后一个相当长的时间里，燃料燃烧仍然是动力 生产的主要来源。
A．L．Lavosier
19世纪由于热力学与热化学的发展，把燃烧过程作为热力学平衡 体系，建立了燃烧热力学。 • 热力学（thermodynamics）由热（thermo）与动力学（dynamics） 合成，即因热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 • 在热力学的发展史中，出现了许多有突出贡献的科学家。这里简单 的给出一些：
Pollution & Climate
• Pollution continues to be a major concern; however, it is regional and mostly reversible on short time scales
Glacier National Park, Montana
Fossil fuel burning aggravates global warming Deteriorating climate requires more energy expenditure to sustain living environment
绪 论
提 纲:
燃烧定义 燃烧现象 燃烧分类 燃烧的重要性 燃烧学发展简史 燃烧学发展前景 本课程内容
• Combustion remains vital to technological and societal needs
化学中“燃烧”的演变历程
化学中“燃烧”的演变历程燃烧的发展是人类在长期的社会实践中，对自然现象系统描述的过程。
通过对燃烧概念的研究，可以清晰地认识到知识发展的过程是漫长而曲折的；可以懂得化学家们在探索知识的过程中经历着苦难与辛酸；可以学会为化学事业献身的精神和严谨治学的态度。
一、燃烧在中国的发展与利用人们在自然界中摸索，通过钻木取火使得世界有了很大进步，这是人们迈进化学世界的一个标志。
利用物质燃烧可以将生的食物烤熟，可以制造烟花，可以制造莹润的陶瓷，可以冶炼金属。
这些伟大的发明使燃烧在中国有了存在的价值。
1.火的发现—揭开石器时代的神秘面纱人们最初不懂火，森林中枯枝燃烧产生的火使人们惧怕。
但随着时间的变更人类学会保护火种以及人工取火。
约一百七十万年前，在我国云南元谋人遗址中发现了人类用火的遗迹。
与此同时，山西芮城县的西候度遗址处也发现了人类用火的证据。
蓝田人的遗址中也寻到了树枝未完全燃烧留下的碳粒。
五十万年前的北京人在北京周口店居住过的岩洞中也发现了当时北京人有意识地用火的痕迹。
约从十万年前后的旧石器时代中期开始，人类就已掌握了钻木取火的方法。
恩格斯对此曾给予很高评价，他指出：“就世界性的解放而言，摩擦生火还是超过蒸汽机的，因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物分开。
”这是人类历史上一件划时代的大事。
2.烧制陶瓷—展现新石器时代的瑰丽景象脱离了石器时代进入了陶瓷满溢的新石器时代。
陶瓷是我国古代文化的传承。
距今一万年以前便发明了制陶技术。
开始人们还是使用木制的生活器，但是他们想要器皿无缝隙并且耐火，于是在其外部涂上了一层黏土。
在使用时，他们惊奇地发现木质被烧坏了但是器皿还可以用。
这样人们开始将黏土塑造不同的形状，将其晒干并用火烘制，陶器便诞生了。
随后又烧制出瓷器。
瓷器所用的原料是颜色纯净质地密致的高岭土，所以瓷器是晶莹剔透，完美无瑕的。
随着人类的探索与进步，发现了物质釉料，在它的衬托下陶瓷更加神采飞扬光彩夺目。
燃烧课件1-2013 [兼容模式]
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生活中最简单用途的锅炉
★ 流化床燃烧是固体燃料颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧的技术 u气
P气=G固
临界流化速度
★流化床燃烧（CFB）的床 料包括化石燃料、废物和 各种生物质燃料 u气
床料中形成气泡 气泡会穿过界面而破裂
固体床料已经被流态化
旋风分离器 固体燃料
稀相区 过渡区 密相区 布风板
★ “沸腾床”或“鼓泡流化床”
燃烧科学
化学动力学
综合理论体系
from
一门传统的经验科学
to
流体力学 热力学 传热传质学 物理学
Based on
燃烧科学应用领域 重点研究 燃料 数学为基础
+
氧化剂
激烈化学反应
物理化学过程 发热
+
组织 发光
燃烧科学的研究也就分成两个大的方面 一方面是燃烧理论方面的研究，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、熄火、火焰传播、火焰稳定、预混 火焰、层燃和湍流燃烧、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 另一方面是燃烧技术的研究，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、拓展燃料利 用范围、改善燃烧产物的组成、实现对燃烧过程 的控制、控制燃烧中污染无的形成与排放
§1 基本概念 一、单相反应和多相反应 单相反应 同相反应
系统内参加反应的各个组成物质都是同一状态
Eg：天然气的燃烧
多相反应 异相反应 系统内参加反应各个组成物质包含多种状态，非同一状态
Eg：煤的燃烧、油料的燃烧
二、简单反应和复杂反应 简单反应 基元反应 反应物
高等燃烧学
高等燃烧学1. 捷尔道维奇：针对二维无穷大平板边界层反应流动，将含有燃烧反应速率源项的偏微分方程组中的动量、能量及组分守恒方程改造成相同形式。
2.广义雷诺比拟：将捷尔道维奇变换进一步改造，使其边界条件也成为相同形式。
3.斯蒂芬流：在相分界面处既有扩散现象存在，同时又有物理或化学过程存在。
4.自由射流火焰结构：层流：边沿光滑,稳定,明亮；湍流：边沿颤动,皱折,破裂。
5.受限射流火焰：受限射流火焰长度比自由射流火焰长度长，且其随θ的减小而增大。
6.旋转射流火焰：具有切向速度，旋转产生轴向、径向的压力梯度，并在轴向产生回流区，可以提高火焰的稳定性与燃烧强度。
7.着火：指预混可燃气体反应的自动加速、自动升温而引起某个空间或某个瞬间出现火焰的过程，此过程中化学反应速度出现跃变。
8.着火方式：化学自燃、热自燃、热点燃。
9.着火机理：热自燃（化学链锁反应）Q产生>Q散发（Q换成P）→W↗→着火。
1.本生灯：是一个垂直的圆管，其中流动着均匀的可燃混合气。
混合气在管口处被点燃后，将形成稳定的正锥体形层流火焰前锋，火焰由内外两层火焰锥组成。
2.火焰稳定机理：用钝体改变高速混气的速度场分布，实现SL=un；在钝体的后方形成两个高温回流区，作为混气的固定点火源。
3.火焰稳定方法：用逆向射流；用回流热气体；用金属丝棒环；用值班火焰。
4.谢苗洛夫：反应放热曲线与系统向环境散热的散热曲线相切就是着火的临界条件，谢分析法认为在容器内温度与浓度是均匀的，而只研究过程随时间的变化。
5.弗朗克：以体系最终是否能得到稳态温度分布作为自燃着火的判断准则，给出了热自燃的稳态分析方法。
6.折算薄膜方法：将一个真空的二维轴对称对流传热传质问题转化为一个假想的等值球对称的导热与扩散问题。
a.不考虑蒸发和燃烧，将液滴看成是一个只与气流有对流换热的固体球，将对流换热转化为球对称导热问题；b.不考虑对流的存在，只研究这个假想的有分子导热和扩散的球壳内的蒸发与燃烧。
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燃烧科学的发展简史
姓名：xx学号：xx
1 引言
燃烧现象是物理过程与化学过程复杂的相互作用的结果,它涉及许多学科,如化学反应动力学,热力学,气体动力学,传热学,光谱学等,由于燃烧现象的极端复杂性,发展速度缓慢。
但在两次世界大战之间,特别是在过去50年中,一方面由于喷气发动机,包括火箭发动机的迅速发展。
另一方面由于能源危机和大气污染的日益严重,使燃烧科学与技术的研究和开发工作受到很大冲击,从而使燃烧科学与技术获得了空前的发展。
2 燃烧科学的起源
在中国,虽然燃烧现象的发现和应用远远早于欧洲,为人类作出了很大贡献,但是燃烧作为一门科学，起步比其他国家稍晚。
恩格斯在《自然辩证法》一书中曾说：“人们只有在学会摩擦起火之后，才第一次使无穷无尽的自然力替自己服务”。
到18世纪中叶，科学相对进步的欧洲仍然被错误的“燃素说”所统治。
“燃素说”是德国化学家斯塔尔在《化学基础》一书中提出“火的微粒由燃素构成，物质燃烧释放出燃素，有些物质不能燃烧是因为缺少燃素”的观点，这种观点通知了欧洲将近一百年的时间。
18世纪80年代，法国化学家拉瓦锡先后在“燃烧理论”和“化学纲要”两部著作中对燃烧进行了合理解释，首次提出燃烧是一种“氧化反应”的观点，俄罗斯科学家罗蒙诺索夫根据实验结果也得到了相同的结论。
至此，人类才对燃烧有了真正的认识。
3 燃烧科学迅速崛起
19世纪中叶，工业革命的成功促使了化学工业的蓬勃发展，分子学说的建立，使得人们开始使用热化学及热力学的方法来研究燃烧现象，相继发现了燃烧热，绝热燃烧温度，燃烧产物平衡成分等燃烧特性。
20世纪初期，苏联化学家谢苗诺夫和美国科学家刘易斯等发现燃烧具有分支连锁反应的特点。
20世纪20年代，前苏联科学家则利多维奇，弗兰克卡梅涅茨基及美国的刘易斯等人又进一步发现燃烧过程是化学动力学与传热，传质等等物理因素的相互作用的过程，并建立了着火和火焰传播理论。
在20世纪中叶，在对预混火焰，扩散火焰，层流
火焰及湍流火焰，还有液滴及碳颗粒的燃烧进行深入研究之后，科学家们才发现到主导燃烧过程的不仅仅是化学动力学，流体动力学也是重要的影响因素之一。
至此，燃烧理论初步完成。
20世纪50-60年代，航天航空技术的发展使得燃烧学的研究扩展到喷气发动机，火箭等问题中，美国力学家冯卡门与中国的钱学森提出了使用连续介质力学方法来研究燃烧问题。
另外，许多科学家运用粘性流体力学和边界层理论对层流燃烧，湍流燃烧，着火，灭火，火焰稳定和燃烧震荡等问题进行了定量分析，最终发展成为“反应流体力学”。
20世纪后期，英国科学家斯堡尔汀等人用计算流体力学方法来研究燃烧问题，将燃烧学，反应流体力学，计算流体力学和燃烧室工程设计有效地结合起来，开辟了研究燃烧理论及其应用的新途径，之后，应用激光技术和气体分析技术开始用于直接测量燃烧过程中气体和颗粒的温度，速度，组分浓度等参数，而这些测量结果加深了人们对燃烧现象的认识。
随后，燃烧学开始与湍流理论，多相流体力学，辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科交叉渗透，以致将燃烧理论发展到了更高的阶段。
4 我国的燃烧科学的发展
在中国,虽然燃烧现象的发现和应用远远早于欧洲,为人类作出了很大贡献,但是燃烧作为一门科学,作为一个学科来研究和发展,还是在新中国成立以后,特别在1987年中国工程热物理学会及其燃烧分会成立以后。
1980年我国又参加了国际燃烧学会而成为国际燃烧学会的中国分会。
从此,我国燃烧科技人员,不仅可以在一年一度在国内召开的燃烧会议上发表论文,进行学术交流,而且还开始参加每两年召开一次的国际燃烧会议,与各国燃烧科学家和工程师进行学术交流,从而了解和学习国外最新科研成果和燃烧科学的发展动态,80年代以来,我国先后成立了两个煤燃烧国家重点实验室,一个内燃机燃烧国家重点实验室和一个火灾科学国家重点实验室,极大地促进了我国燃烧科学与技术的发展。
4.1 在燃烧技术取得的进展
80年代后,我国在电力系统范围内曾开展了改善锅炉燃烧、降低煤耗率的各种煤粉燃烧技术的研究和推广工作,取得了很大成绩。
先后研制出煤粉旋流预燃室、钝体稳燃器、夹心风燃烧器、船型稳燃器、大速差射流及双通道燃烧器、扁
平射流燃烧器、反吹射流燃烧器、浓淡分离燃烧器等,这些新型燃烧技术已在我国火电厂得到不同规模的应用,取得不同程度的效果,产生了较大的经济效益。
在内燃机燃烧技术方面,在新中国成立以来也出现了一批新的燃烧系统,如复合式燃烧系统,周向分层燃烧系统、射流燃烧系统、UCIC燃烧系统、碗形燃烧系统等。
最近几年来,开展了进气道喷射和直接喷射火花点火式发动机分层稀燃系统,取得了一定进展。
4.2 在燃烧过程基础研究中的进展
在国际上首次研究了火花点火式发动机在不同运转条件下,稳定火焰核心的临界尺寸及判定方法,建立了初期火焰循环变动的计算模型和整个燃烧过程循环变动的计算模型;并通过了实验验证。
首次在直喷式发动机上采用不均匀喷孔油嘴实现周向分层燃烧系统。
在煤的燃烧特性研究中,提出了关于煤焦表面反应动力学的新思想,揭示出煤焦着火燃烧中的一系列的宏观通用规律;从而揭示了煤焦着火与燃烧中的一系列内存物理规律;并首次提出关于计算焦煤燃烧速率的通用曲线法,从而使复杂的煤焦燃烧速率的计算方法变得简便、准确、适合于工程应用。
5 燃烧科学展望
现代燃烧系统设计中，污染物排放的控制是主要因素。
所谓的污染物包括碳烟，飞灰，金属烟雾和各种气溶胶等颗粒物；硫氧化物，未燃尽的碳氢化合物，氮氧化物一氧化碳及二氧化碳。
在早期人们关注的仅仅是排放到大气中的颗粒物，知道19世纪中叶，人们弄清楚了洛杉矶盆地光化学烟雾是由机动车排放的未然碳氢化合物及氮氧化物造成的。
而对于各类排放物的含量，透过对燃烧化学反应的机理了解，能够有效地控制氮氧化物的排放问题，因此，对于环境污染控制过程不仅仅是在事后对排放物进行处理，而是在使用燃料前或者使用过程中对其进行处理及控制，以期达到直接控制氮氧化物的行程。
我国燃烧科学与技术在新中国成立以后,获得了很大发展,但与国际先进水平相比,仍有较大差距,主要原因有三:一是原来基础太差,解放前几乎没有进行这方面的科研工作;二是由于国家财力有限,科研经费投人不足;三是长期依靠进口,阻碍了自主研究开发,影响了科技人员的积极性。
今后应该针对目前存在的上述两大问题,组织全国有关高等学校、科研机构和企业单位,集中力量,大力开展研究开
发工作,以便早日得到解决。
在煤的燃烧方面,要着重研究适合中国国情的高效率、低污染、低成本、运行费用低而操作又简便的燃烧技术及其理论。
排烟循环流化床烟气脱硫技术就是属于这种技术。
循环流化床锅炉的大型化也是巫待解决的问题。
我国燃煤电站平均发电效率仅为29%,最高36%,为提高热效率和减少污染,要继续开展先进的清洁发电技术。
整体煤气联合循环(IGCC)和增压流化床燃烧联合循环P(FBC- CC),是其中最有发展前途的新技术。
6 结束语
综上可见，燃烧学虽是一门古老的学科，但是她的最大进展却是在最近30年才完成的。
而且，在此时，人们对它的认识至今尚不完善，不少的燃烧机理尚不清楚，非常系统，详尽的燃烧理论尚未建立起来。
这是由于燃烧现象十分复杂，她是气体流动，传热，传质以及化学反应等物理与化学过程复杂的相互耦合作用的结果。
因此，在这些单独学科还不太成熟之前要对他们的综合学科做系统的理论分析研究就不是简单的事情了。
所以，相对地说，燃烧学是一门既古老而又年轻的学科。