2025燃烧学试题及答案

2025燃烧学试题及答案1.单项选择（每题2分，共20分）1.1在常温常压下，下列燃料中质量热值最高的是A.甲烷B.正丁烷C.甲醇D.氢气答案：D1.2根据层流火焰传播速度理论，当混合气当量比φ=1.1时，甲烷空气层流火焰速度约为A.25cm/sB.38cm/sC.45cm/sD.55cm/s答案：B1.3对于碳氢燃料的燃烧，若烟气中O₂体积分数为3%，CO体积分数为400ppm，则其燃烧效率可近似判定为A.82%B.90%C.95%D.99%答案：D1.4在煤粉燃烧中，若一次风率降低，则炉膛内NOx生成趋势A.一定降低B.一定升高C.先升后降D.视分级风而定答案：D1.5下列哪种燃烧方式最容易出现“振荡燃烧”A.燃气轮机主燃区B.层燃炉C.鼓泡流化床D.天然气家用灶答案：A1.6根据Zeldovich机理，热力型NO的生成速率与温度的关系近似为A.T^0.5B.T^1C.T^2D.exp(−E/RT)答案：D1.7在液体燃料雾化中，Sauter平均直径SMD与喷射压力Δp的关系可近似表示为A.SMD∝Δp^0.5B.SMD∝Δp^−0.5C.SMD∝Δp^−1D.SMD与Δp无关答案：B1.8若某燃烧器出口雷诺数Re=12000，则其流动状态属于A.层流B.过渡流C.湍流D.无法判断答案：C1.9对于固体燃料，挥发分越高，其着火温度A.越高B.越低C.不变D.与灰分有关答案：B1.10在富氧燃烧（O₂/CO₂=30/70）条件下，与空气燃烧相比，绝热火焰温度A.降低约200KB.基本不变C.升高约150KD.升高约400K答案：C2.多项选择（每题3分，共15分；多选少选均不得分）2.1下列措施中，可有效降低燃气轮机燃烧室NOx排放的有A.采用贫预混燃烧B.提高燃烧区温度C.注水/蒸汽D.采用分级燃烧E.提高进气含氧量答案：A、C、D2.2关于碳烟（soot）生成，下列说法正确的有A.富燃环境促进碳烟生成B.高温抑制碳烟生成C.增加压力会促进碳烟D.添加醇类燃料可减少碳烟E.碳烟生成与C/O比密切相关答案：A、C、D、E2.3下列属于典型燃烧诊断手段的有A.PIVB.PLIFC.FTIRD.TGAE.GCMS答案：A、B、C、E2.4关于液滴蒸发，下列说法正确的有A.遵循d²定律B.蒸发速率与液滴直径成正比C.环境压力越高蒸发越慢D.液滴温度接近湿球温度E.强迫对流可显著提高蒸发速率答案：A、C、D、E2.5下列参数中，可用于评价湍流燃烧速度的有A.层流火焰速度B.湍流强度C.积分长度尺度D.泰勒微尺度E.达姆科勒数答案：A、B、C、E3.填空题（每空2分，共20分）3.11kg纯甲烷完全燃烧，化学计量空气量约为________kg，生成CO₂质量约为________kg。答案：17.2，2.753.2根据阿累尼乌斯公式k=Aexp(−E/RT)，若活化能E=200kJ/mol，温度由1500K升至1600K，则反应速率常数k增大的倍数约为________。答案：2.43.3在煤粉燃烧中，若煤的收到基灰分为10%，飞灰份额为0.8，则每燃烧1t煤，约产生________kg飞灰。答案：803.4对于辛烷(C₈H₁₈)，其理论空气量为________kmol空气/kmol燃料。答案：59.53.5液体燃料雾化中，韦伯数We=ρgU²d/σ，若We>________，液滴将发生二次破碎。答案：123.6在燃气轮机燃烧室中，为抑制振荡燃烧，常将燃烧区声学阻尼频率设计为________主频的________倍。答案：1/2，奇3.7根据Zeldovich机理，热力型NO生成链式反应中，关键活性基团为________和________。答案：O，N3.8若某燃烧器出口流速为60m/s，湍流强度为10%，则湍流脉动速度约为________m/s。答案：63.9在富氧燃烧烟气循环中，为防止CO₂腐蚀，常将烟气中SO₂体积分数控制在________ppm以下。答案：1003.10根据d²定律，液滴寿命τ与初始直径d₀²成________比，与环境压力成________比。答案：正，反4.简答题（封闭型，每题8分，共24分）4.1写出甲烷空气完全燃烧的化学计量反应式，并计算其绝热火焰温度（初始温度298K，空气含湿量忽略，Cp取平均1.25kJ/(kg·K)）。答案：CH₄+2(O₂+3.76N₂)→CO₂+2H₂O+7.52N₂ΔH°c=−802.3kJ/mol产物总质量=12+4+64+211.2=289.2g=0.2892kgQ=802.3kJ，Tad=298+802.3/(0.2892×1.25)=2518K4.2简述层流火焰传播速度与湍流火焰传播速度的区别，并给出湍流燃烧速度ST的两种经验表达式。答案：层流速度SL仅与燃料、当量比、温度、压力有关；湍流速度ST还受湍流强度u′、积分尺度L等影响。经验式：(1)ST=SL+a(u′/SL)^n，n≈0.7–1.0(2)ST=SL√(1+C(u′/SL)²)，C≈24.3说明煤粉燃烧中“挥发分释放—着火—焦炭燃烧”三阶段的特征时间及控制因素。答案：挥发分释放：τv≈10–50ms，受加热速率、颗粒直径、挥发分含量控制；着火：τig≈5–20ms，受环境温度、氧浓度、挥发分组成控制；焦炭燃烧：τchar≈0.5–2s，受扩散与化学反应混合控制，服从d²定律或dⁿ定律(n≈1–2)。5.简答题（开放型，每题10分，共20分）5.1燃气轮机采用贫预混燃烧以降低NOx，但易出现燃烧不稳定。请从流体动力学、化学反应、声学耦合角度分析其机理，并提出三条工程抑制措施。答案：机理：贫燃下反应速率低，放热脉动与湍流脉动耦合；燃烧区声阻抗变化大，易与燃烧室声学模态共振；热释放脉动→压力脉动→速度脉动→当量比脉动→热释放脉动，形成正反馈。措施：(1)采用多区分级燃烧，分散放热；(2)设置声学阻尼器或1/4波长管，耗散声能；(3)主动控制：实时监测压力脉动，反馈调节燃料流量或空气旁通。5.2富氧燃烧（O₂/CO₂）技术被认为是碳捕集重要路径。请分析其与空气燃烧相比，在传热、着火、污染物排放方面的差异，并指出两项关键技术挑战。答案：传热：CO₂比热容高，绝热火焰温度略升，但辐射传热增强（CO₂、H₂O分压高），炉膛换热面需重新布置；着火：高CO₂环境降低O₂扩散系数，着火延迟时间延长，需提高预热温度或采用循环烟气再循环；污染物：NOx显著降低（热力型减少，promptNOx略升）；SO₂浓度升高但总量不变，易腐蚀；挑战：(1)高温腐蚀与灰沉积加剧，需开发耐CO₂SO₂腐蚀材料；(2)空分制氧能耗高，需优化整体系统热集成，降低捕集能耗至<2GJ/tCO₂。6.计算题（共30分）6.1某锅炉燃用重油（C86%，H12%，S2%，质量分数），过量空气系数α=1.2，入口空气温度350K，排烟温度420K。求：(1)理论空气量（kg空气/kg燃料）；(2)实际湿烟气量（kg烟气/kg燃料）；(3)排烟热损失q₂（燃料低位热值Qnet=40MJ/kg，水蒸气潜热忽略）。答案：(1)C+O₂→CO₂，H₂+½O₂→H₂O，S+O₂→SO₂需O₂=2.286+0.96+0.0625=3.308kg理论空气量=3.308/0.232=14.26kg/kg(2)实际空气=1.2×14.26=17.11kg湿烟气=14.26+1+1.2×14.26×0.0132(水分)=18.48kg/kg(3)烟气比热1.05kJ/(kg·K)q₂=18.48×1.05×(420−350)/40000=0.034=3.4%6.2一台燃气轮机燃烧室以CH₄为燃料，进口压力1.6MPa，温度700K，燃烧效率98%，出口燃气平均分子量28.5kg/kmol，比热1.18kJ/(kg·K)。若要求出口温度T₄=1750K，求：(1)燃料空气比f；(2)每kg空气对应的放热量；(3)若采用贫预混，当量比φ=0.5，求所需空气量与燃料量之比。答案：(1)能量平衡：f×0.98×50050=(1+f)×1.18×(1750−700)解得f=0.0256kg燃料/kg空气(2)Q=0.0256×0.98×50050=1255kJ/kg空气(3)化学计量fsto=0.058，φ=0.5→f=0.029空气/燃料=1/0.029=34.56.3某实验台测量层流火焰速度，采用本生灯法，喷嘴直径8mm，火焰锥高18mm，体积流量Q=1.2L/min（293K）。求：(1)平均出口流速u；(2)层流火焰速度SL（假设火焰角θ，tanθ=u/SL，锥高h，半径r，tanθ=r/h）。答案：(1)A=π(0.004)²=5.03×10⁻⁵m²u=Q/A=(1.2×10⁻³/60)/5.03×10⁻⁵=0.398m/s(2)r=4mm，h=18mm，tanθ=4/18=0.222SL=utanθ/(1+tan²θ)^0.5=0.398×0.222/1.024=0.086m/s=8.6cm/s7.综合分析题（共21分）7.1某300MW燃煤锅炉拟采用空气分级低NOx燃烧改造。已知原炉膛NOx排放600mg/m³（6%O₂），目标降至200mg/m³。请：(1)画出分级燃烧风率布置示意图，标出主燃区、还原区、燃尽区；(2)给出主燃区当量比选取范围及理由；(3)计算若主燃区过量空气系数α₁=0.85，则主燃区NOx可降低至原值的百分比（经验：NOx∝exp(−0.8/φ)）；(4)指出改造后可能出现的负面问题及对策。答案：(1)图略：主燃区α₁=0.85，还原区不送风