燃烧学 4-1 化学动力学

1、燃 烧 学 第四章 第1讲,邓帅 讲师 能源与动力工程专业 SDeng,上次课回顾,燃烧学,2,？,化学动力学,燃烧学,3,化学动力学，反应动力学，化学反应动力学，意义相同。,本讲内容,燃烧学,4,动力学理论 化学反应速率 自由基、基元反应、总包反应、反应式 化学反应速率方程,4.1 动力学理论,分子热活化理论 三要素：燃料、氧化剂、温度 适用于：一般燃烧装置热力系统 链反应理论 燃料、氧化剂、链载体数目 适用于：瞬态燃烧过程（如氢气爆炸过程，分子热活化理论无法解释）,燃烧学,5,4.2 化学反应速率,燃烧学,6,物理意义+功能 描述化学反应的微观过程，表述物质从反应物变成生成物的真实路径。

2、NO氧化反应： 真实反应路径: 基元反应 又称简单反应，是指反应物粒子在碰撞过程中相互作用直接转变成新产物的反应。粒子可以是分子、原子、离子、自由基等 自由基：化合物分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。,反应机理,4.2 化学反应速率自由基,燃烧学,7,自由基特点：化学性质活泼，一般带有磁性。存在时间短，但对化学反应速率影响较大。,共价键均裂,甲基自由基,氢自由原子,甲烷电子式,4.2 化学反应速率基元反应,燃烧学,8,基元反应 反应物粒子在碰撞过程中相互作用直接转变成新产物的反应。 一个甲基自由基和一个氢自由原子反应生成一个甲烷分子： （电子式） （反应

3、式） 基元反应及其顺序构成反应机理，表示物质从反应物转变成生成物的真实反应路径。,4.2 化学反应速率总包反应,燃烧学,9,总包反应（复合反应） 许多连续的基元反应累加起来的宏观反应，称为总包反应，也称复合反应。 2个NO分子和1个O2分子反应生成2个NO2，并非直接转变： 反应机理： 注：总包反应只代表了反应的总体结果（初态和终态），使问题简化，便于用热力学的观点分析反应系统，适用于稳态燃烧系统分析。,4.2 化学反应速率反应式,燃烧学,10,化学反应式 反应组分（反应物+生成物）A1，A2，, AN 之间进行一个化学反应，可以写成以下形式： 反应物计量系数 生成物计量系数 反映了反应中反应

4、组分物质的量的变化比例关系。反应前后，反应物系的质量保持不变。 总包反应的化学反应式中： 系数可以为整数，也可以为分数； 逆反应不可进行。,4.3 化学反应速率方程,燃烧学,11,反应速率： 化学反应快慢程度的度量，广义上讲是参与反应的物质的量随时间变化率的绝对值。 平均速率与瞬时速率。 反应物的浓度越来越小，因此反应速率逐步降低。 本课中讲到的反应速率，总是指瞬时反应速率。,A：A的物质的量浓度,4.3 化学反应速率方程,燃烧学,12,对于 反应系统，各组分反应速率： 组分反应速率之间的关系： w为系统的反应速率。,反应速率为正，所以反应物的浓度变化率前加负号 wi 单位为kmol/(m3s

5、),4.3 化学反应速率方程,燃烧学,13,化学反应速率也可以用单位时间内分子浓度、物质的量浓度、质量浓度、相对浓度变化量来表示，其换算关系为：,阿伏伽德罗常量（Avogadro constant），旧称阿伏伽德罗常数，为热学常量，符号NA。它的数值为：6.022 141 29 0.000 000 2710（2010年CODATA数据），一般计算时取6.0210或6.02210。它的正式的定义是0.012kg碳12中包含的碳12的原子的数量。,4.3 化学反应速率方程,燃烧学,14,对于化学反应式： 其反应速率方程为： 即： k 为反应速率常数，后续介绍 N 为反应物组分总数。,4.3 化学反应速率方程,燃烧学,15,总包反应速率方程 1 mol的燃料和n mol的氧化剂反应生成m mol的燃烧产物的总包反应式为： 燃烧速率为： 燃烧速率与各反应物浓度的幂次方的乘积成正比。方次 和 一般通过实验确定，可以是正数、负数、整数、分数，也可能是0。,=？,=？,=？,4.3 化学反应速率方程,燃烧学,16,基元反应速率方程 质量作用定律：对于基元反应，在一定温度下，反应速率与各反应物浓度的幂次方的乘积成正