哈工大能源学院高等燃烧学燃烧理论含绪论
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Spalding，Predvoditelev，Khitrin（20世纪30 到50年代），Williams • 化学（反应）流体力学—Von Karmen，钱学森 （20世纪60年代），Williams • 燃烧的计算流体力学—Spalding，Gosman， Smoot，Swithenbank • 多相湍流反应流体力学—周力行
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。
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燃烧模型的分类：根据燃烧现象的条件分类
第19页/共89页
湍流—— 湍流微团输运，包括： 湍流动能的输运； 湍流动能耗散率的输运； 雷诺应力的输运； 概率密度函数的输运； 瞬时脉动量的输运。 随着湍流模型的发展还会有 其它物理量输运。
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四、燃烧学的研究内容
序号 燃烧条件
燃烧模型分类
1 时间相关性
稳态、非稳态
2 空间相关性
一维、二维、三维
3 反应物初始状态 预混、非预混（扩散）
4 流动条件
层流、湍流
5 反应物的相
单相、多相
6 反应位置
均相、多相
7 反应速度
化学平衡（快速反应）、有限反应速度
8 对流条件
自然对流、受迫流动
9 可压性
不可压、可压
10 燃烧传播速度 爆震（超音速）、缓燃（亚音速）
航天技术（二次世界大战）；能源危机（70年代末）
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（2）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 • 火灾防治—森林，建筑和仓库火灾，矿井防
爆 • 几种近代燃烧技术：氢氧燃烧；超音燃烧；
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2、清洁燃烧技术的研究已开展了多年， 取得了很多成果。但是，有些技术与 国外的技术还有很大差距。 另外，这个方面的技术成果推广的范 围大，收到的效益大。 应立足于那些通过研究工作，可以尽 快缩小与国际的差距的技术；以及技 术水平高，见效快，效益高，产业化 前景好的技术进行研究。
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3、燃烧产物的净化处理 目前的重点是烟气脱硫技术，特 别是适合中国国情的高水平、低 投资、低成本的脱硫技术。这是 我国洁净煤技术的关键之一。 脱硝技术在国内研究已开展，随 着对的要求越来越高，这项技术 的研究会越来越深入。
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燃烧学的背景知识
•化学热力学 •化学反应动力学 •物理学 •工程热力学 •流体力学 •传热学
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1、煤的预处理：
煤在燃烧前进行预处理，使燃烧过 程不产生污染物或少产生污染物， 使煤变成清洁燃料。如： •煤的气化； •煤的液化； •水煤浆燃烧；等等。
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2、清洁燃烧技术
采用在燃烧过程中控制污染的技术。有 两种方式： （1）、提高利用效率，减少煤的耗量 以减少污染。如： •采用超临界机组； •采用 IGCC等联合循环技术。
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二、燃烧是一个学科
1、燃烧学科的分支 可控燃烧反应 消防燃烧学（不可控反应）
2、可控燃烧反应——燃烧学的研究内容 强化燃烧反应过程 燃烧过程的污染控制
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强化燃烧反应过程
目的：单位时间、单位空间高效地烧掉更多 的燃料，放出更多的热量。
主要措施： 高反应燃烧室（高温、高压等） 高反应燃料（复合燃料等） 高反应燃烧技术
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燃烧过程的污染控制
目的：控制燃烧过程的污染物质生成和 排放。如NOx、SOx、CO、CO2、 粉尘等。
主要措施：燃料的预处理 清洁燃烧技术 燃烧产物的净化技术
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主要是清洁燃烧利用，目前主 要的清洁燃烧方法有以下三类：
•煤的预处理； •煤的清洁燃烧技术； •燃烧产物的净化处理。
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（2）、低污染燃烧技术。如： •循环流化床燃烧技术； •低污染煤粉燃烧技术； •其它低污染燃烧技术。
3、燃烧产物的净化处理
•烟气脱硫技术； •烟气脱硝技术； •除尘技术。
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以上三个方面都是国家“九五”、 “十五”、“十一五”计划的主 要研究内容。 ，在石油短缺的情 况下是非常重要的，应在引进技 术的基础上，开展深入的研究， 提高自主知识产权的技术份额， 努力实现产业化。
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燃烧模型的基本组成
初始条件
边界条件
状态方程 动力学参数
控制方程 1、守恒方程 2、输运方程
热力学和输运特性
经验知识
材料性质和结构特性
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燃烧模型的控制方程
1、守恒方程：质量守恒（连续性方程） 动量守恒 组分守恒（扩散方程） 能量守恒
2、输运方程：层流——分子输运 质量输运（Fick定律）： m = -D·dC/dx 动量输运（Newton定律）： τ = -μ ·du/dx 能量输运（Fourire定律）： q = -λ ·dT/dx
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。
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燃烧模型的分类：根据燃烧现象的条件分类
第19页/共89页
湍流—— 湍流微团输运，包括： 湍流动能的输运； 湍流动能耗散率的输运； 雷诺应力的输运； 概率密度函数的输运； 瞬时脉动量的输运。 随着湍流模型的发展还会有 其它物理量输运。
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四、燃烧学的研究内容
序号 燃烧条件
燃烧模型分类
1 时间相关性
稳态、非稳态
2 空间相关性
一维、二维、三维
3 反应物初始状态 预混、非预混（扩散）
4 流动条件
层流、湍流
5 反应物的相
单相、多相
6 反应位置
均相、多相
7 反应速度
化学平衡（快速反应）、有限反应速度
8 对流条件
自然对流、受迫流动
9 可压性
不可压、可压
10 燃烧传播速度 爆震（超音速）、缓燃（亚音速）
航天技术（二次世界大战）；能源危机（70年代末）
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（2）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 • 火灾防治—森林，建筑和仓库火灾，矿井防
爆 • 几种近代燃烧技术：氢氧燃烧；超音燃烧；
第12页/共89页
2、清洁燃烧技术的研究已开展了多年， 取得了很多成果。但是，有些技术与 国外的技术还有很大差距。 另外，这个方面的技术成果推广的范 围大，收到的效益大。 应立足于那些通过研究工作，可以尽 快缩小与国际的差距的技术；以及技 术水平高，见效快，效益高，产业化 前景好的技术进行研究。
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3、燃烧产物的净化处理 目前的重点是烟气脱硫技术，特 别是适合中国国情的高水平、低 投资、低成本的脱硫技术。这是 我国洁净煤技术的关键之一。 脱硝技术在国内研究已开展，随 着对的要求越来越高，这项技术 的研究会越来越深入。
第14页/共89页
燃烧学的背景知识
•化学热力学 •化学反应动力学 •物理学 •工程热力学 •流体力学 •传热学
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1、煤的预处理：
煤在燃烧前进行预处理，使燃烧过 程不产生污染物或少产生污染物， 使煤变成清洁燃料。如： •煤的气化； •煤的液化； •水煤浆燃烧；等等。
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2、清洁燃烧技术
采用在燃烧过程中控制污染的技术。有 两种方式： （1）、提高利用效率，减少煤的耗量 以减少污染。如： •采用超临界机组； •采用 IGCC等联合循环技术。
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二、燃烧是一个学科
1、燃烧学科的分支 可控燃烧反应 消防燃烧学（不可控反应）
2、可控燃烧反应——燃烧学的研究内容 强化燃烧反应过程 燃烧过程的污染控制
第5页/共89页
强化燃烧反应过程
目的：单位时间、单位空间高效地烧掉更多 的燃料，放出更多的热量。
主要措施： 高反应燃烧室（高温、高压等） 高反应燃料（复合燃料等） 高反应燃烧技术
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燃烧过程的污染控制
目的：控制燃烧过程的污染物质生成和 排放。如NOx、SOx、CO、CO2、 粉尘等。
主要措施：燃料的预处理 清洁燃烧技术 燃烧产物的净化技术
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主要是清洁燃烧利用，目前主 要的清洁燃烧方法有以下三类：
•煤的预处理； •煤的清洁燃烧技术； •燃烧产物的净化处理。
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（2）、低污染燃烧技术。如： •循环流化床燃烧技术； •低污染煤粉燃烧技术； •其它低污染燃烧技术。
3、燃烧产物的净化处理
•烟气脱硫技术； •烟气脱硝技术； •除尘技术。
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以上三个方面都是国家“九五”、 “十五”、“十一五”计划的主 要研究内容。 ，在石油短缺的情 况下是非常重要的，应在引进技 术的基础上，开展深入的研究， 提高自主知识产权的技术份额， 努力实现产业化。
第17页/共89页
燃烧模型的基本组成
初始条件
边界条件
状态方程 动力学参数
控制方程 1、守恒方程 2、输运方程
热力学和输运特性
经验知识
材料性质和结构特性
第18页/共89页
燃烧模型的控制方程
1、守恒方程：质量守恒（连续性方程） 动量守恒 组分守恒（扩散方程） 能量守恒
2、输运方程：层流——分子输运 质量输运（Fick定律）： m = -D·dC/dx 动量输运（Newton定律）： τ = -μ ·du/dx 能量输运（Fourire定律）： q = -λ ·dT/dx