西安交通大学_燃烧复习题_答案详解

1、4燃烧学复习题2011版第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧？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、浓度和化学反应速度正确的表达方法？答：浓度：单位体积内所含某种物质的量1 .分子浓度 ni =Ni N2 .摩尔浓度 Ci =Mi /V3 .质量浓度 p i=Gi /V1 /m3Mi为摩尔数mol / m3kg / m3CiXi =Pi4 .相对浓度摩尔相无fi 二质量相对浓度：三ni三CiGi：i燃烧的反应速度：通常用单位时间单位体积内消耗的燃料量或者氧量来表示。化学反应速度既可以用反应物浓

2、度的减少来表示，也可以用生成物浓度的增加来表示。但均取正值。W士 d C / d T3、什么是简单反应、复杂反应、总包反应？答：简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应。（也叫基元反应）复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是通过生成中间产物的许多反应步骤 来完成的反应，其中每一步反应也称为基元反应。总包反应，也称为总的化学反应，整体化学反应，是一系列若干基元反应的物质平衡结果，不代表实际的反应历程， 是经过各个基元反应过程后的终极结果。4、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：反应应为简单反应严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。对于多相反应，仅

3、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，如果反应方程式是 aA+bB=cC+dD（简单反应）则反应速度和反应物浓度AB成如下关系：W =kAa Bb即：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幕的乘积成正比，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。5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？答：化学反应速度表达式中浓度指数之和 n=a+b就是反应级数，它反映了反应物浓度对 化学反应速率的影响程度反应级数与反应物初始浓度无关。由于 w =-dC/d r

4、 =kCn，可推得：i rC零级反应：20一级反应： 七与C0无关1 i 二 二二级反应：2 C06、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少?燃料反应级数煤气2轻油1.52重油1煤粉1由此看出越接近气体，反应级数越大 127、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系答：设化学反应级数为n化学反应速率（以物质的量浓度表示的） C燃尽时间的倒数：N对于一定量的理想气体P =CRTPV = nRT = const代入燃尽时间的倒数表达式得：.L pn8、惰性组分如何影响化学反应速率？以双原子气体基元反应为例说明：A+B=C+D化学反应速率. =kCaCb代入 Ci=Xi-P-得=

5、-1RT对双组份混合气体=-当含有惰性气体组份 P,且有效气体组份为 %8+P = 1广 Xa（1 - Xa）化学反应速率因惰性气体的参入而减小的比例等于有效气体成分；9、 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 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的复杂反应C不适用于活化能太小，以至于温度的影响主要体现在了前置因子，自由基化合反应（这种需要第三者 带走反应放出的能量，从而第三者参与

6、化合反应的速率）10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？答：活化能：使普通分子（平均能量）变为活化分子所需能量。可以测定反应级数根据图解法和 计算法来见解求得。（详见课本P10）活化分子：能量达到或超过活化能E的分子E 工 exp（ ） 活化分子浓度决定了化学反应速度RT当温度T时，分子平均动能T ,活化分子数TT ，化学反应速度急剧T。一定温度下，E越小，活化分子数越多，反应速度越大11、图解吸热反应和放热反应的活化能和反应放热（吸热）之间的关系。E,下半段为QE,下半段为Q放热：从左向右看垂直距离上半段是吸热：从右向左看垂直距离全段高度是12、什么叫链式反应？它是怎样分

7、类的？链反应一般可以分为几个阶段？答：链式反应是一种在反应过程中含有自由原子或自由基等活化物质的特殊反应，如果通过某一种方式（如光照射等）将其引发，便相继发生一系列的链锁反应，使反应一环扣一环的不断进行下去。链式反应分为不分支链反应（或直链反应）和分支链反应两类。链式反应一般分为链的激发（引发）、链的传递和链的断裂（中断）三个阶段。13、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？氢原子H是 5燃烧反应中的活化中心，故研究氢原子H浓度的变化：dCH 一=Wh fCH -gCH d .dCH 氢原子浓度变化；WH ,

8、氢原子初生浓度；fCH氢原子繁殖速率；gCH氢原子销毁速率d .解此一阶线性常微分方程 = 0,CH = 0J & 活化中心（H原子）销毁比例常数 g繁殖比例常数 f一 8 , Ch一很小的定值8 WH，反应可以忽略 活化中心（H原子）销毁比例常数 g =繁殖比例常数 f氢原子浓度CH随时间线性增加，由于斜率很小，故增加缓慢 活化中心（H原子）销毁比例常数 g繁殖比例常数 fCh随时间呈指数增加，正比于反应速率（右图为当考略反应物耗尽）分支链反应中反应活化中心繁殖速度f比较大，Ch随时间呈指数增加，极大地加快了化学反应的速度14、烧类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释

9、？什么样的烧类燃烧时更容易发生析碳反应？高C级的烷一同一 C级的醛一低一 C级的烷一 一甲醛，甲醛分解为一氧化碳和氢气燃烧或 直接燃烧.析炭反应是燃类热裂解过称中的二次反应，二次反应是一次反应产生足够的中间产物才显著起来。裂解的过程包括脱氢反应和断链反应， C/H比大的高碳烧（烷）裂解析炭反应速度比甲烷快得多。且 C/H愈大析炭愈严重不饱和烧（烯、快）比饱和烧（烷）更容易裂解析Co15、图解催化剂对化学反应的作用。对反应的作用有改变的只有两点：活化能E下降，反应途径的变化16、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕查德里反抗规则的内容是什么？答：化学平衡的，可逆反应此时系统内各组成成分不变计算

10、方法：见书 P23-P24系统变化遵循吕 查德里反抗规则：当化学平衡由于某一外因（T,p或成分含量）而被破坏时平衡将向反抗这一外因的方向移动。温度升高，平衡将向吸热方向移动，抵抗温度升高的影响；温度降 低，平衡将向放热方向移动，抵抗温度降低的影响17、 什么是燃料的低位发热量和高位发热量？高位发热量：亦称“高热值”，简称“高发热量”。指燃料中的水分在燃烧过程结束后以液态水形 式存在时的燃料发热量。低位发热量：亦称“低热值”，简称“低发热量”。指燃料中的水分在燃烧过程结束后以水蒸气形 式存在时的燃料发热量。恒容低位发热量即由高位发热量减去水（燃料中原有的水和煤中氢燃烧生 成的水）的气化热后得到的

11、发热量。18、 试用本章的知识解释，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？答：涡轮增压装置能提高压强，因而不仅能提高发动机内的燃料气体的化学反应速度，而且能减少气体的燃尽时间，综合提高发动机的功率。（汽油的反应级数一般为 2）。涡轮增压装置的另一种作用 是增大一个冲程中气缸吸进空气的量，从而增大汽缸中的氧气浓度，根据惰性组分对化学反应速率影响的公式金x &Xa（1 - Xa）,增大氧浓度有利于减少惰性组分对化学反应速率的削弱作用 19、过量空气系数（口）与当量比（P）的概念？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 当量比是两种参加反应的反应物的质量之比第二

12、章燃烧空气动力学基础一一混合与传质1 .什么是传质？传质的两种基本形式是什么？答：物质由高浓度向低浓度方向的转移过程叫做传质，也叫质量传递。传质的两种基本方式是分子扩散传质和对流传质。2 .什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热 定律、费克扩散定律）答：动量传递、质量传递、热量传递。分子传输定律即牛顿内摩擦定律，傅里叶导热定律和fick扩散定律一一dwdy5牛顿内摩擦定律傅里叶导热定律QdT dy.f17扩散定律m = _Dfdy3 .湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？ 怎么用无量纲准则数的数值

13、来说明这一点？速度脉动w决定湍流中的“三传”过程，由于湍流的动量，热量和质量扩散均源于脉动和漩涡，可近似认为：Dt ：t s：at= lwPrt 为 Sct Let 之 1但严格来讲，实验发现(1) Prt =上与 Sct =一 均小于1,说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈,aD，温度和浓度混合边界层比速度边界层发展得快。(2)由于，Let=a/D = l说明：温度和浓度边界层的发展十分相近，可以用传热过程的基本规律近似 描写质量交换。Nu数。4 .试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的详见课本P44 , Nu=25 .如图所示：两股射流在大空间中交

14、汇。射流的初始温度T1 =60 C , T2=室温20 C,实测xy点的Txy=50。气流中 的初始浓度为 C1=3mol/m3, C2=2mol/m3,求点的xy点的浓度Cxy 利用热交换过程比拟性，用温度场模拟浓度场m1 + m2 = 1m1T1 + m 2T 2 = TxyEG +ml2c2 =Cxymi + m2 = 1m1Cp,1Tl + mCp,2T2 = CpTxy 一 出多二?m1c1+m2C2 =Cxy带入求解，结果省略6 .湍流自由射流的主要特征是什么？图解射流断面上的速度分布相似性。自由射流指流体从喷口射入(1)无限大静止空间(空间流体速度为0)(2)不受固体边壁限制，而

15、淹没在周围流体介质中(3)流体介质与空间介质相同自由射流有两个基本特点：自由射流中任意断面的轴向速度wx横向速度wy。射流中的速度 w弋轴向速度wx。自由射流内部压力 p=周围介质压力po7 .把热射流射入冷空间中，和把冷射流射入热空间中，射流的轴线速度、温度差和浓度差衰减的情况有何区别？这对工程燃烧的一次风、二次风参数的选取有何指导意义？（1）把热射流（T1）射入冷空间（丁2）中无量纲轴心速度 wzs衰减快，且随e有WzsJJ无量纲轴心温差 ATzs衰减快，且随6有ATzsJJ无量纲轴心浓度差 ACzs衰减快，混合强烈，且随 e有ACzsJJ（2）把冷射流（Ti）射入热空间（丁2）中三个无量

16、纲量 wzs, ATzs, ACzs衰减慢，混合慢，射程长。随 口 衰减很慢。对于二次风，从燃烧供 。2的角度应用高Ti （e尽可能高）的空气，以加强湍流混合和传质（供。2）,有利于燃烧从组织炉内气流流动工况角度，相反，应用而氐一些的空气（TiJ）,衰减慢，有足够的扰动范围，保证气流流动组织锅炉内气流流动时，应用。值低一些的一次风，从而保证较慢的衰减速度，有足够的扰动范围，以保证气流流动。而从燃烧供氧的角度讲应用。值高一些的一次风，以加强湍流混合和传质，有利于燃烧。8 .当自由射流中含有固体或液体颗粒的时候，射流特性如何变化？这对工程中固体或液体颗粒的燃烧有何指导意义？由于射流中有固（液）颗粒

17、，相当于增大了射流的密度，射流轴心线上速度衰减减慢（即与周围介质混合传质减慢），射流（火焰长度）变长，但由于颗粒微小，随风流动，对射流流场不影响，可视 为自由射流燃烧的理论燃尽火焰长度的大小取决于于一次风中燃料的初始浓度C1 , C1越大，需要越长的射流射程来完成燃烧；空气和燃料的分布是不均匀匹配的，要使得射流中各处的燃料都有充足氧气，必 须总过量空气系数大于 1 因此：不能依靠简单的单股自由射流同时完成投送燃料和供应氧气的任务，因为氧量和燃料浓度在空间中难以精确匹配。解决方案：把投送燃料和供氧的功能分开，使用专门的一次风投送燃料，使用 专门的二次风供应氧气。要避免使用大尺寸或者高流速的一次风

18、，当燃烧设备的功率增大时， 不能简单增大单股自由射流的尺寸或流速。因为这样会使得火焰变长、燃尽困难。解决方案：将供应燃料的一次风分割为多 股较小的射流，缩短射程。专门负责供氧的二次风，则可以视情况选用不同的尺寸和流速。当供氧目标较近时，使用低流速；当供氧目标较远时，使用高流速。当供氧需求量大时，使用大尺寸；当供氧需求量小时，使用小 尺寸。9 .根据以下物理模型，推导旋转射流中心线上负压的值。wrrir1n -1.0 w = wr w ：1自由旋转区核心区（刚体旋转区）自由旋转区假定旋转射流的横截面如图所示，流体是无粘性流体，流动区域可以划分为两个区域：外围的自由旋转 区（可以按势流处理）和中心

19、的刚体旋转区（不能按势流处理），其分界线为r=ri。射流断面上分成两部分:射流内部：有旋运动r 0, w0按伯努利方程及左边所写的边界条件可得:r1， ww 1吊数w =r1、p 二 p二一二2交界处的压力pr0外侧部分一无旋运动I r1,2径向压力梯度dp/dr=g性离心力=：?一r ：c 2r0在此区域定常积分可得：pr 0p中心dp2 r0： rdr0即:对此区域内任意位置1,221、2：, r 0 = ，,= Pr0 - p中心21211八 2八/八2p = 3 Pw(p + p_2M 二 Pwcp1.1 - O故核心区中心处压力比大气压力P要低交界处动压头的两倍，即 p中心=p3c

20、- 2父a Pw2110 .什么是旋流强度，其物理意义是什么？旋流强度的计算公式？旋流强度S:工程上用旋流强度来反映旋流射流的强弱程度G :S 二Gx Rw r w ：，即正比于旋流的切向速度与轴向速度之比wxR wxR为定性尺寸， Gg角动量的轴向通量的（旋转动量矩），Gx轴向动量矩Gg, Gx,均遵守守恒条件，在已定的流场中为常数。11.图示无扩口、有扩口的强旋转射流流场的主要特征回流量回流区直径半张角民长度l/d不带扩口小小00带扩口大大=3酸12所以，扩口不仅有助于增加回流量回流长度，还有助于增加回流区的张角,12 .图示钝体流场的主要特征。流体经过金屯体时，在钝体下游的减速扩压流动中

21、，由于反压力梯度的作用，引起边界的脱离而形成负压，造成回流旋涡区。在主流区与回流区进行着强烈的动量、热量和质量的交换。金屯体半张角a ,回流区宽度H,长度L和回流量R都；阻塞率e （=（b/B）2）升高一R升高，L/d减小13 .两股平行射流湍流混合的强弱次决于那些因素？为什么？ 两者的动压比4wi是湍流扩散（三传）的动力（能量）来源，它的增加会导致流体:2W2微团可在更大尺度范围内湍流相关，即动压比愈大愈有利于湍流混合，且混合边界层偏向于动压小的一侧，2 射流自身动压P2W2 是射流内部进行三传的动力（能量）源分布特征，自身动压越大越有利于加强湍流混合， 射流喷口的结构特征和速度14 .两股

22、相交射流湍流混合的强弱取决于那些因素？相交射流混合传质的动力学条件是两射流的动量（流率）比 M=1时混合最强烈；交角a越大混合边界层被压扁地越厉害（相交射流以一定角度相交，在各自惯性力作用下相互碰撞和混合，完成“三传”，这个惯性力比湍流切应力要大得多）第三章着火理论1.什么是热着火？什么是链式着火？其区别是什么？热着火需要满足的条件是什么？化学链着火需要满足的条件是什么？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。一一大多数气体燃料着火特性符合热着火的特征。链式着火：由于某种原因，可燃混合物中存在活化中心

23、，活化中心产生速率大于销毁速率时，导致化学反应速度不断加速，最终导致着火。一一某些低压下着火实验（如 H2+O2 , CO+O2的着火）和低温下的“冷焰”现象符合链式着火的特征。热着火过程与链式着火过程区别：i .着火的微观机理不同，热着火过程：本身氧化反应放热大于散热，温度不断升高导致化学反应不断自动加速；链式着火：活化中心加速繁殖引起的化学反应速度实现自动加速ii .热着火通常比链式着火过程强烈得多，因为热着火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化学反应自动加速；链式着火过程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁， 所以链式着火通常局限在活

24、化中心的繁殖速率大于销毁速率的 区域iii .着火的外部条件也有所不同，在高温下一般以热着火为主，低温下，链式自燃则是着火的主要原因条件：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。链式着火过程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁，所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于销毁速率的区域，而不引起整个系统的温度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能够在整个系统内加速繁殖并引起系统能量的整体增加，就形成爆炸。2 .自燃（自发着火）与强迫着火的区别是什么？为什么自燃温度和强迫点燃温度不

25、是一种燃料的物性常数？自燃：自发的着火，依靠系统自身化学反应的放热量散热，热量的积累了维持整个系统的升温。强燃：强迫着火，借助外部热源，使热源的边界层先着火，然后火焰传播到整个可燃混合物中。3 .自燃充分必要条件的两个判据表达式是什么？物理意义是什么？燃料的活化能、系统初始温度、散 热系数、燃料的浓度、容器的体积对自燃温度的影响如何？请图示。不仅放热量和散热量要相等，而且两者随温度的变化率也要相等:q f |T =% = qs 1T 玉dqf .dqs.dT 1T 七一 dT |T=TC1.对流换热系数a： aj,散热直线qs的斜率，qs直线将以横轴上To点为轴心向右转动，自燃温度下降，更容易

26、发生自燃。2 .散热面积F: FJ,与减小对流换热系数效果相同。3 .可燃物浓度C: C 8P7放热曲线qf向左上方移动，与散热直线qs相切，自燃温度下降，更容易发生自燃。Rt24 - TC =TC -T0 : -T0 TC ：, To初始温度T,易于着火5 .pc2 d =常数 ,球形容器的直径d T ,则pc J ,提高可燃物质的着火性能，那TcJ4.什么是着火的孕育时间？请图示。在可燃物质已达到着火的条件下，由初始状态到温度骤升的瞬间所需的时间，直观上既可燃物质由开始反应到燃烧出现的一段时间。数学上讲，对于初始温度T0Q2在常温下随产热蓄积温度不断升高，孕育时间不会很长，故而易着火自燃。

27、相应地，一次风管道中的煤粉流动快，散 热也快，尽管当温度高于 150C,仍无法蓄热以进一步提高温度，故孕育时间无限长，最终也不会自 然。从强迫点燃来看：新从风管道中漏出的煤粉，相当于煤堆的点火源，煤堆保温条件好，周围温度较高 有利于点燃；而风管道中的煤粉流，速度快，散热量大，新进入的温度较高的煤粉气流难以点燃管中 流动的气流风管中漏出而堆积在地面的煤粉堆，更适用热自燃的物理模型，而风管中悬浮流动的煤粉，应该适用强迫点燃模型。9 .根据零维燃烧热工况的模型，系统的产热率的计算式是什么？系统散热率的计算式是什么？请图示 炉膛容积、燃料流量、燃料发热量、气流初温、炉膛吸热和烟气回流量对系统燃烧稳定性

28、的影响。 并讨论，如果一台燃气锅炉燃用的燃料热值降低，在不能改动锅炉主体结构的时候，应该如何改进 锅炉的运行状况？如果可以改动锅炉的主体结构，又应该如何改进锅炉的运行状况？系统产热量 Qi =kcCVQexp（-RE；）按气流可燃成分的消耗率计算 消去C得Q =qv(C。-C)QQi =CQ177 ， e 、koV exp(-)RI(Co-C)Q-1 -qvCQ (Co-C)Q177 ， e、 koV exp(-) RTCoQexp( RT).1koVqvQ一燃料与空气混合物的发热量；P-气流的密度；产热率q=Q1/qv系统散热量 Q2 =qv ：Cp（T -1。）散热率q2=Q2/q v发热

29、量。增加时.知在纵坐 标方向成比例地放大.可使 燃烧稳定性改善.IT第对雄熊株工况的装病气流的初温研高时，守段平行向右移动，燃烧 稳定性改善。当回流量功，小曲 线在津上的节电不 变，但斜率发生变 化，力曲线绕丁流向 右旋转，改善了燃 烧捺定性，从不能 着火状态变为正常 燃烧的工况.因素名称符号趋势燃烧稳定性炉膛容积VT燃料流员T1燃料发热量QTT燃料活性hE品 T,E JT气流初温TT炉膛吸热T1烟气回流Tt讨论部分，详见老师最后一节课的作业点评ppt但，这个题目是“燃气锅炉”，不是“燃油锅炉”，所以要进行相应的调整。10.根据一维燃烧系统的模型，图示以下4种配风方案的升温曲线。1）空气完全由

30、一次风送入；4)半的空气从二次风送入，但较早送入二次风；3） 一半的空气从二次风送入，但较迟送入二次风;二次风也分为两次送入，而且较迟送入。（1）空气完全由一次风送入丁丽有空气以=0.5）作为一次风和煤粉一起进入炉内（即A叫=。=0.5）从这个方案可以看出， 至部空气都用作一次风, 提高了最初的煤粉气流 的热容量,使加热到着 火的时间（由此也决定 了空间长度）延长，这 样就不能缩短整个火焰 长度（2） 一半的空气从二次风送入，但较早送入二次风,空气分成一次风(A% =015)与二次风(A%=0 35), 二次风过早进入。从这个方案可以看出， 二次风过早地在一次风 与煤粉气流尚未着火燃 烧以前送

31、入，其结果与 全部空气都作为一次风 一样，也不能缩短火焰 长度“(3) 一半的空气从二次风送入，但较迟送入二次风气分成一次风与二次风(&XK.33),推 迟二次风加入点口从这个方案可以看出， 二次风在一次风中的就 消耗完以后加入,对于 缩短火焰长度是有帮助 的a但是一次加入的二 次风过多，使燃烧中断, 所以火焰长度缩短得不 务,(1)二次风也分为两次送入，而且较迟送入四种方案比较匚次风分为两批，空气分成一次风=0 15)与二 次风(A(Xn=(U 5 和%?=(), 2) 0从这个方案可以看出， 二次风加入点燃烧温度 高，虽然温度略在降低, 但燃烧依然十分强烈， 温度又较快回升上去.一元系统的

32、燃烧热工况分析可以正确地反映合理组织气流 燃烧过程的方法.归纳起来，可列成下列原则.1)供应的空气应该分成一次风 与二次风，可以加快气流的 井日若W2)二次风应分批加入，第一批 烧完了再加入第二批.3)二次风每批送入的数量应有 限制，避免中途淬熄，保证 燃烧继续进行。第四章气体燃料燃烧1.火焰传播速度的定义式是什么？随各个主要影响因素的变化规律是什么?火焰传播速度的定义式V=Vl V主要影响因素：?可燃混合气自身的特性-vlT EL k0 -vlTc0T -vL，过量空气系数的影响:在a = 1附近时Tr最高气体介质平均热导率的平方根成正比，而与气体介质的比定压热容的平方 根成反比J（nN）?

33、压力 火焰传播速度VlhP2多数碳氢化合物的 n2,故其Vl随着压力p的升高而下降i. n 2, Vl随着P的升高而增大n但流过火焰表面的可燃混合气质量流速p 0VL（kg m-2 s1）与压力p的关系 00VL工pT?温度i .可燃混合气初始温度 T0 T, VlTii .火焰温度Tr, T VlT?组成结构燃料分子结构对 Vl影响很大，这是由于分子的热扩散性a引起的，与相对分子质量有关相对分子质量越大可燃性范围（火焰得以正常传播的燃料浓度范围）越窄 饱和煌的V l与C原子数n无关，对于非上和煌，n T , V l J?惰性气体含量 惰性气体体积分数T VlJ线性相关，且热扩散率a小的惰性气

34、体对 Vl影响更大2 .什么是缓燃？什么是爆燃？缓燃（正常传播）：火焰锋面以导热和对流的方式下传热给可燃混合物引起的火焰传播，也可能有辐射，传播速度较低，传播过程稳定；爆燃：绝热压缩引起的火焰传播，是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度升高而引起化学反应，从而使燃烧波不断向未燃气推进，传播速度很快。3 .层流火焰传播的速度是怎么定义的？答：层流火焰传播的速度定义为流动状态为层流时的火焰锋面在其法线方向相对于新鲜混合气的传播速度。4 .本生灯火焰稳定的机理是什么？圆锥形火焰形成的原理？如何使用本生灯测量层流火焰传播速度? 试写出测量的过程和计算式。，点燃后，形成稳定的锥体形层流火焰本生灯出口 R

35、e较小一般属层流，火焰锋面以vL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。燃气、空气混合，形成均匀可燃混合气ii- * cos p = iiSinJ =v() =vL使用本生灯测量层流火焰传播速度方法如图所示，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一一气体火焰传播速度。测量过程:，计算总的混合气体流量分别测出空气与燃气的流量Qkq和Qrq （据流量计的不同可能需要修正）Q =

36、 Qkq + Qrq ; 测出喷嘴内径 R,计算出喷嘴截面积A =兀R2从而可算出混合气体流速W=Q/A ; R 测量火焰高度 h,可计算出火焰圆锥投影半角sin 0 =R R2h2综上可得，测得的层流火焰传播速度表达式为uce =Wsin1Qkq - Qrq二R , R2h25 .燃烧速度（化学反应速度w）与火焰传播速度 VL的联系和区别是什么？（应该清楚火焰传播速度、燃烧速度、新鲜混合气流速之间的关系）答：燃烧速度（化学反应速度）与火焰传播速度是什么关系？区别是什么？（火焰速度、燃烧速度、新混合气速度关系）燃烧速度越大层流火焰传播速度越大，燃烧的化学反应速度w与火焰传播速度之间近似满足这个

37、关a 1 RTr2 vL = | w系式 c0一T0E。燃烧速度的单位是摩尔每立方米每秒，表示单位时间单位体积内说消耗的燃料量， 而火焰传播速度单位是米每秒，是化学反应燃烧区在空间的移动。层流火焰传播速度定义：火焰锋面在其法线方向相对于新鲜混合气的传播速度。6 .燃料气的热扩散系数、燃料的发热量、燃料的活化能、可燃气体初温、火焰自身温度、气体的密度、 气体的压力、惰性组分的浓度等因素如何影响层流火焰传播速度？同第一题7 .过量空气系数如何影响层流火焰传播速度？火焰传播的浓度限的意义是什么？见第一题，另外a 1燃料多QLi自火焰传播浓度限的意义是，在一定的燃料浓度（即燃料气与空气的配比）范围之内

38、，火焰才能传播，超出这个浓度范围之外（浓度太低或浓度太高），火焰不能传播。8 .什么是淬熄距离？答：火焰传播过程中，在距离壁面很近的地方（边界层），壁面温度低，dT/dr较高，散热强烈，使Vl J造成火焰无法传播的临界便捷厚度成为淬熄距离。9 .火焰锋面厚度的计算式是什么？真实的火焰锋面厚度大约是多少？Mlmm、：=Vl .心（Tr-T0）Co ,工为将燃气从T0加热到燃烧温度Tr的时间T - , ，Q -从能量角度从化学反应引起的消耗看10 .什么是扩散火焰？什么是预混火焰？什么是全预混火焰？其火焰的形状和结构有何区别？请简单进 行图示说明。答：扩散火焰：燃料和氧化剂边混合边燃烧，这时由于扩

39、散作用对燃烧起控制作用，又称扩散火焰。 预混火焰：燃料和氧化剂预先混合好，这时化学动力学因素对燃烧起控制作用，亦称动力燃烧。全预混火焰：若一次预混空气系数a 1k=1 , 一级空气氧已足够，此时也只有一个内火焰锋面,此时为全预混火焰。扩散预混全预混00+11特 征只有外火焰面二缺氧，析出碳黑（冒黑烟） ”.燃烧不强烈，火焰无力，丁1 卜，火爆长度长有内、外火焰面； 燃烧物化，温度T 火焰长度短，半发 光火焰，淡设色。只有内火焰血 Tft-火焰史短, 不发光火炳。图见4-1811 .什么是脱火和回火？图解火焰的脱火区、回火区、稳定区和黄色火焰区。v0气流速度，vL火焰传播速度若v0 vL ,即A

40、v vL,即Av0 ,火焰面将被气流吹向下游（脱火）黄色灰M 焰区黄色火焰区：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。过量空气系数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。过量空气系数=0.40.7,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

41、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。2812 .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（即，为什 么全预混火焰的稳定区比较窄）？结合火焰传播速度和气流速度在自由射流中变化规律的图进行解 释。见11题中所述13 .常用的防止回火的措施有哪些？常用的防止脱火的措施有哪些？稳焰方法防止回火喉口，冷却防止脱火一一控制，钝体，旋流，稳焰环其它稳焰方法小型点火焰反向射流稳定火焰旋转射流稳焰燃烧室壁凹槽稳定火焰流线型物体稳焰14 .气体湍流扩散火焰的形状随喷射流速如何变化？长度比层流火焰显著缩短，但随气流速

42、度增加变化不大由湍流火焰传播的皱折表面燃烧理论分析知1）小尺度湍流时，湍流混合长度 层流火焰厚度，火焰仍有明显的烽面只是略显模糊2）大尺度弱湍流时，脉动速度 火焰传播速度，火焰锋面明显弯曲，但还是连续的3）大尺度强湍流时，脉动速度 火焰传播速度，火焰烽面不再是连续的，有燃烧的微团第五章 液体燃料的燃烧1 .液体燃烧的过程是什么？液体燃烧是一个复杂的物理化学过程，对于沸点低于其燃点的液体燃料，液滴总是先蒸发成气体, 并以气态的方式与空气扩散混合从而燃烧。雾化一受热蒸发一扩散混合一燃烧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。I.油滴瓦油蒸汽区3.燃烧区*外部5一

43、油蒸汽浓度6一氧气液度7一温度3 .油滴燃烧属于扩散燃烧还是预混燃烧？为什么？02混合，并燃烧，油滴的表面扩散燃烧，油滴的燃烧是油滴蒸发为油蒸气，再与从环境中扩散来的 是没有氧气的，故可看作扩散燃烧。4 .液体燃料喷雾特征的评定指标有哪几项？a）雾化角：包括条件雾化角和出口雾化角b）雾化液滴细度度：表示油滴颗粒大小的指标c）雾化油滴均匀性d）流量密度e）喷雾射程：水平方向喷射时，喷雾液滴丧失动能时所能到达的平面与喷口之间的距离 5.画出常用的压力雾化、旋转雾化和介质雾化喷嘴结构的简单示意图。压力式喷嘴是利 用喷嘴进出口压 差实现液滴从液 体射流中分离旋转式喷嘴是利 用喷嘴进出、压 差和旋转离心

44、力 使液膜失稳而分离出液滴气动式喷嘴则是 利用空气和蒸汽 作雾化介质使液 滴从液体燃料中 分离6 .斯蒂芬流是什么？气体在液滴表面或任一对称球面以某一速度离开的对流流动被称为斯蒂芬流，而是一种宏观物质的 迁移，不是扩散，只有在两相界面上有物理过程（液体的蒸发）或化学过程（液滴的燃烧）时发生。7 .请推导单个油滴燃烧时，粒径与时间关系的表达式。并根据表达式讨论，如何优化油滴的燃烧。假设 油滴球形，其周围温度场（a）,浓度场均匀（D）油滴随气流而动，与气流间无相对运动（Re=0）4二r2- dT =qm Cp（T -T；） H1）热量平衡方程：dr 火焰锋面向内向外导热传递（忽略辐射） ，向内导热

45、量=产生的油气所需汽化潜热量温度To=Tb对上式从液滴表面向火焰锋面积分：+油气温度升高所需热量；且油滴表面温度近似等于饱和Tr4二，T0dTCp(T -To) H2 rdr得:4 认：1cp 1qm=一丁T In 1 十才(TrTo)(*)Cp(1-1)- Hr。A2)dC火焰外侧氧量及燃料量平衡方程：4二r D不O2从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面 反应中氧与油的化学计量比 3 ； qm：气化量, 从火焰锋面向环境积分并化简得火焰锋面的位置:_ qmO2的浓度=0,且O2扩散到锋面的量符含化学 扩散火焰单位时间消耗的燃料量4二 DdC = :qmdrr1 = ：qm3)0ri r4

46、二 DC 二代入(*)得：n k Pr 6qm 二；4kTCp一 In 1 p(Tr -To)Cp Hk：燃烧常数4）油滴的直径变化:d 二 3二J,6)一对上式从油滴表面向任一空间位置积分得油滴燃烧的直径一一平方定律.022提升油滴燃烧速度的措施：i. 伊J-kT ,轻质油的燃烧速度更快。ii. CpJ,入kA,气体导热性能好，燃烧更快。iii. Hj-kT ,油的气化潜热少，燃烧更快。iv. Trf-kf ,燃烧环境温度高，燃烧更快。v. ToJ-kT ,油的饱和温度低，燃烧更快。vi. DT-kT ,湍流传质能力强，燃烧更快。vii. C-T-kT ,环境氧浓度高，燃烧更快。viii.

47、应T ,单位耗氧量低，燃烧更快ix. 燃尽时间0 =g5 生，如 匹J则% J （故要提高雾化质量）k8.燃油燃烧器的调风器应具备哪些功能？调风器的功能：使空气均匀分配，并可调节；使油雾空气混合良好；稳定火焰；油燃烧器有旋流, 平流两种第六章煤的燃烧1 .图示煤燃烧过程的主要特点。2 .典型的煤颗粒燃烧经历几个阶段，大约需要多少时间? 预热及挥发分着火：1.0s ;挥发分的燃烧：0.3s ;焦炭预热着火：0.4s；焦炭燃烧燃尽：5.0s3 .什么叫异相燃烧？异相化学反应分为几个步骤？气固两相间在固体或液体的表面上进行的燃烧反应第一步：O2必须通过扩散到达固.液的表面被吸附第二步：在表面进行燃烧

48、的化学反应并产生反应产物第三步：反应产物从表面上脱离(解吸)，并从表面向外扩散开去4 .推导碳球异相燃烧速率的计算式，并结合图线探讨异相化学反应速度随温度和质量交换系数的变化 规律。说明，什么是动力燃烧区？什么是扩散燃烧区？什么是过渡燃烧区？设反应级数为1,则w - kCo2必 E e=，k0expRTlCO2氧从远方向单位碳表面积单位时间内扩散的流量qm (mol/m2 - s)为:C二-CO2 二C-CO2扩散到碳表面的 O2与碳发生化学反应，当达到平衡时，消耗的O2量就是qm : qm=C02/(1/k)把两式中的 c%消去：wo2= qm =-芋+k : zl11i,温度较低时：k 丁

49、qm=kg,此时传质因素，不是影响燃烧速率的关键，应当通过提高系统温度加快燃烧，此时燃烧处于动力燃烧区ii.温度较高时：化学反应速率已很快，此时影响燃烧速率的主要是扩散到煤粒附近的氧气 浓度，故qm =sig,此时应通过强化传质，提高燃烧速率，此时燃烧处于扩散燃烧iii.当T适当，k= a zi时4x1 Oi过渡区，T T和T a zi都能起到强化燃烧的效果。例如：豕 用煤炉在 *灭时， 强化燃烧 的要点在于保温、 升温2i101x10 用盛强要大 家旺，的加 如炉蝌在风 例煤燃化点扇温度比较低，提高 燃烧速度的关键是 提高温度J 5U01200 1oio 200C温亚T/K!动力区；过渡区;扩散区朝妾或鼻学能厚身的勾工型学”温度很高，提高 燃烧速度的关键 是提图固体表面 的质量交换系数5 .颗粒直径、温度和颗粒与气流之间的相对速度对燃烧区域（动力区、扩散区）的影响是什么?颗粒直径越小进入扩散区的温度越高，温度越高越偏向于扩散区，气流之间的相对速度越大越偏向于动力