西工大燃烧学各章总结+重点问答题

前沿：燃烧强烈放热和发光的快速氧化反应过程。

按化学反应传播分类：强烈热分解、缓燃、爆震。

燃烧现象是流动、传热、传质和化学反应同时发生又相互作用的复杂的物理化学现象。

第一章：燃烧热力学化学恰当反应：所有参加化学反应的反应物都按化学反应方程规定的比例完全燃烧的反应。

特点：反应物完全消耗，燃烧强度最高。

空气-燃料化学恰当比（空—燃比）：化学恰当反应时消耗的空气—燃料质量比。

当量比：实际燃油量所需的理论空气量与实际空气量之比或实际燃油量与理论燃油量之比。

余气系数：实际空气量所需的理论燃油量与实际燃油量之比或实际空气量与理论空气量之比。

热效应：温度不变，对外界只做容积功，所交换的热量。

反应热：化学反应过程中系统与外界交换的热量，统称为反应热。

反应焓：等温、等压条件下，反应物形成生成物时吸收或放出的热量（热效应）热效应：能够表征物质的属性而且是在特定条件下进行的化学反应的反应热，则称为热效应。

绝对焓：某一参考温度下该组分的生成焓和从某一参考温度开始的显焓变化之和。

标准反应热: 标准状态下的反应热。

燃烧焓：当1 mol的燃料与化学当量的空气混合物以一定的标准参考状态（比如1atm，25℃）进入稳定流动的反应器，且生成物（假定为CO2，H2O，N2）也以同样的标准参考状态离开该反应器，此反应释放出来的热量。

燃料的发热量：指单位质量或单位体积（对气体燃料而言）的燃料（在标准状态下）与空气完全燃烧时所能释放出的最大热量。

是衡量燃料作为能源的一个很重要的指标。

燃料热值：1kg燃料在标准状态下与空气完全燃烧所放出的热值。

高热值HHV（凝聚相），低热值LHV（汽态）。

绝热燃烧（火焰）温度（Tad）：当燃料和空气的初始状态，即燃料/空气比及温度一定时，绝热过程燃烧产物所能达到的温度。

分类：等容燃烧和等压燃烧。

热离解：燃烧产物的分子在高温下吸收热量而裂变为简单分子或原子的现象。

标准生成吉布斯自由能：在标准状态（压力）下，由稳定单质（包括纯的理想气体，纯的固体或液体）生成1mol化合物时吉布斯自由能的变化值，称为该化合物的标准生成吉布斯自由能。

单位：kJ/mol。

第二章：一维燃烧波燃烧波：传播到预混可燃气体混合物中去的化学反应波，是一种由波驱动的化学反应。

分类：缓燃波，爆震波。

因素：与反应物的成分等因素以及管道点火端是开口的还是闭口的有关。

正常燃烧波：通过传热、传质发生的。

压力下降，比体积升高。

爆震波：通过激波压缩，使混合气温度不断升高。

压力升高，比体积下降。

ZND模型：假定爆震波由一个以爆震波速度运动的激波和跟在后面的厚度比激波厚得多的化学反应区组成。

反应区与激波同速。

结论：只有强爆震、C-J爆震、弱缓燃和C-J缓燃是可能的，这就是Chapman-Jouguet假说。

C-J爆震波和强爆震波波前是超音速，强爆震波波后是亚音速。

弱缓燃波和C-J缓燃波波前是亚音速，弱缓燃波波后也是亚音速。

激波压缩和释热不耦合的原因是：控制这些现象的时间尺度明显不同。

对爆震波而言，化学反应之前，激波压缩提高了可燃混合物的温度和压力。

Rayleigh质量守恒和动量守恒的结合。

初始状态和最终状态的压力和比体积的性质关系。

Hugoniot能量守恒。

燃烧波主要问题：波的传播速度，燃烧产物的流动特性参数。

C—J理论把化学反应区假认为一个强间断面，认为反应区厚度为零。

激波形成：直接起爆（巨大的点火能量）间接起爆（不断加速）由缓燃向爆震转变。

爆震极限：激波对化学反应起诱导作用，而化学反应对激波起驱动作用，提供激波传播所需的能量。

如果化学反应释放的能量小于维持激波传播所需能量时，爆震波衰减或熄灭。

爆震波的形成与可爆震混合物的成分有关，即存在混合气余气系数的贫、富燃料极限。

多维爆震波的结构特征是存在一个非平面的前导激波，这个前导激波由许多向来流反向凸出的弯曲激波组成。

第三章：化学动力学化学动力学:研究化学反应速率(反应过程和时间）及其影响因素，用反应历程解释化学反应机理的一门科学。

反应速度=正确取向的空间因子(p)*具有足够动能的碰撞分数(f )*气体分子碰撞频率(Z)首先形成活化络合物，然后离解为反应物，或者分解形成产物。

碰撞能量非常大，反应可能性趋于零，因为不可能形成中间络合物。

活化分子：能量超出一定值，直接作用后能发生化学作用的分子(能量大于活化能的分子) 活化能：活化分子所具有的最低能量(E*)与整个反应物分子的平均能量(E )之差，称为实验活化能或Arrhenius活化能，简称活化能(Ea)。

反应热：等于正反应的活化能与逆反应的活化能之差。

小于零放热。

化学反应速率：指单位时间内反应物或生成物浓度的变化量。

以反应物摩尔浓度表示的反应速率又常常表示为一个与温度有关的反应速率常数和反应物组分的摩尔浓度的乘积。

简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应。

仅由一个基元反应构成。

复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是要通过生成中间产物的许多反应步骤来完成，其中每一步反应称为基元反应。

由两个以上基元反应构成。

质量作用定律：描述化学反应速率和反应物浓度的关系。

只适用于基元反应。

反应速率正比于各反应物浓度乘积。

化学反应级数：化学反应级数反映化学反应速率与反应物浓度的关系。

分数、负数、零到四。

Kp是温度的函数，所以基元反应的速率常数只依赖于温度。

由于平衡常数一般比反应速率常数更精确,故通常用平衡常数来表示反应速率。

阿累尼乌斯速率-温度关系曲线。

适用于高活化能状态。

不适应：活性中间体的重新组合；活性中间体的交换反应。

动力学近似：“准稳态”假设，局部平衡近似。

反应机理：连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理,它是根据反应速率与反应物浓度、温度和其它因素之间的关系提出来的一种化学反应过程进行的理论模式，用以解释实验现象。

一个详细的化学反应机理：反应物、中间产物、生成物。

链锁反应理论：一种在反应历程中含有被称为链载体的低浓度活性中间产物的反应，这种链载体参加到反应的循环中，并且它在每次生成产物的同时又重新生成。

链的形成、链的传播或增殖、链的终止。

起链反应、链分支\链传递、碰撞销毁、气相销毁。

不分枝链锁反应-直链反应：在链锁反应的基元反应中，若消耗活性中心的数量同新生成的活性中心数量相等。

不分枝链反应的速率随时间增加一开始就迅速增加，在活性中间产物的浓度达到平衡后，反应速率不再增加，然后随反应物浓度的减少反应速率减少。

分枝链锁反应-爆炸反应：反应在生成最终产物的同时，新生成的活性中心多于起始反应的活性中心，称为分枝链锁反应。

分枝连反应的速率开始随时间增长并不显著增加，等一段感应期后就急速增加形成爆炸，然后随反应物浓度的减少而减少。

第四章：燃烧中的输运现象质量交换浓度梯度～ Fick扩散定律，动量交换速度梯度～ Newton粘性定律，能量交换温度梯度～ Fourier热传导定律。

化学反应是碰撞分子间原子的交换或重组。

强度参数：与系统的尺寸（容积）无关的参数。

可以由相应的非强度参数（取决于系统的容积）与系统的体积比来定义。

由相应的非强度参数与系统的体积比来定义。

费克扩散定律：组分A的扩散通量方向与该组分当地质量分数梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为扩散系数。

傅里叶导热定律：导热通量的方向与温度梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为导热系数。

牛顿粘性定律：单位面积上剪切力方向与速度梯度方向相反，绝对值正比于该梯度值，比例系数称为粘性系数。

Pr称为普朗特数动量输运速率与能量输运速率之比。

Sc称为斯密特数动量输运速率与质量输运速率之比。

Le称为路易斯数质量输运速率与能量输运速率之比。

第五章：多组分反应流体守恒方程（混合物质量守恒方程、组分的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）混合物分数f：燃料中所含元素的质量除以混合物的质量。

用流动中任一点的燃料、氧化剂和燃烧产物的质量分数之和来表示。

完全预混f均匀分布。

热流通量：包括热传导产生的热通量和由于组分扩散引起的附加焓通量。

守恒标量：流动过程中数值保持不变的量。

质量流量=对流通量+扩散通量；动量变化率=表面力+体积力；能量变化率=外热的总和和对外做功的总和；扩散速度=组分速度-质量平均速度。

一维直角坐标系，忽略粘性力、体积力、只有控制体上的压力。

第六章：层流预混火焰传播火焰传播速度等于可燃混气的流动速度，否者回火或者吹熄。

各组分的传播方式：质量守恒和能量守恒。

影响层流火焰传播速度：物理因素：压力P、初始温度、火焰温度化学因素：混气比、混气性质、惰性物质或添加剂、燃料分子结构。

惰性物质：一方面直接影响燃烧温度从而影响燃烧速度，另一方面，通过影响可燃混合气的物理性质（热扩散系数）来（明显）影响火焰传播速度。

火焰的厚度：热扩散系数、火焰厚度与火焰速度成反比。

火焰稳定：关键是能量与活性组分的损失。

高速建立回流区。

流动必要条件——火焰传播余弦定理（要保持火焰稳定，必须满足火焰传播速度等于气流速度的余弦即法向分速度的条件）；的热力必要条件——稳定的点火源。

第七章：点火、可燃性和熄火燃烧三阶段：着火、燃烧、熄火。

着火条件：反应物、温度、时间、湍流。

着火方式：连锁自燃、热自燃、点燃。

着火机理：连锁机理、热机理。

（实际燃烧过程中热机理和链锁机理常常是同时存在，互相促进的。

一般而言，热自燃所需要的热量较多，在高温高压下热机理是主要原因，低温低压下链锁机理是主要原因。

）着火模型：链式分支着火模型、均匀热着火模型、局部热力点火模型。

着火的本质：化学反应速率急剧升高。

热自燃条件：反应热大于散热。

相等是慢速氧化反应。

混合物的可燃性：取决于点燃和容器特定的几何外形。

可燃极限：在一定的温度或压力条件下，并不是所有混合气成分都能够着火，而是存在着一定的浓度范围，超出这个范围，混合气就不可能着火。

影响因素：可燃边界取决于反应容器的尺寸、点火源的能量、火焰传播的方向（向上，向下，水平）、压力、温度和混合物中稀释气体的量和性质。

最小点火能量:能将一个最小混气团点着，并能使这个混气团的火焰在主燃区传播所需的火花能量。

（受可燃混合气的混合比、压力、初温影响）熄火（淬熄）距离：当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰便不能传播。

这个临界管径叫淬熄距离。

（与火焰传播速度及压力反比）。

设计点火系统重要参数：最小点火能量、淬熄距离。

火焰在管中淬熄有两种原因：（1）管径过小，火焰区单位容积的表面积增大，因而通过管壁的散热率上升。

（2）管径过小，火焰传播时活性中间产物碰壁销毁的几率增大。

点火性能准则：点火性能准则参数I代表点火时在点火器附近的混气中生热率与散热率之比。

I值高，则认为点火性能好。

点火过程的影响因素：1．燃料的物理化学性质2．燃料的雾化程度和分布特性3．燃料与空气的混合比4．点火区域内可燃混合物的压力和温度5．可燃混合物的流动速度6．联焰管的尺寸和安装位置第八章：湍流预混火焰层流火焰：火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。