西安交通大学_燃烧复习题_答案详解

1、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 /V     Ni为分子数     1 /m32.摩尔浓度  Ci =Mi /V    Mi 为摩尔数    mol / m33.质

2、量浓度  i=Gi /V                kg / m34.相对浓度  摩尔相对浓度：质量相对浓度：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=±d C / d3、 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

3、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：

4、60;                            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幂的乘积成正比，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

5、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=kCn ,可推得：零级反应：   0一级反应：  与C0无关 二级反应：6、 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    料反应级数煤气轻油重油煤粉             

6、      2                 1.52                   1         

7、60;         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）燃尽时间的倒数：对于一定量的理想气体 代入燃尽时间的倒数表达式得：8、 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化学反应速率代入得对双组份混合气体当含有惰性气体组份b，且有效气体组份为e，e+b=1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e9、 Arrhenius定律的内容是什

8、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 ，其中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

9、化分子：能量达到或超过活化能E的分子活化分子浓度决定了化学反应速度 当温度时，分子平均动能，活化分子数 ，化学反应速度急剧 。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。放热：从左向右看垂直距离上半段是E，下半段为Q吸热：从右向左看垂直距离全段高度是E，下半段为Q12、 什么叫链式反应？它是怎样分类的？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

10、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H2燃烧反应中的活化中心，故研究氢原子H浓度的变化 ： 氢原子浓度变化；，氢原子初生浓度；氢原子繁殖速率；H氢原子销毁速率解此一阶线性常微分方程 活化中心（H原子）销毁比例常数g >繁殖比例常数 f ，CH很小的定值,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 活化中心（H原子）销毁比例常数g <繁殖比例常数 f 氢

11、原子浓度CH随时间线性增加，由于斜率很小，故增加缓慢 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, 随时间呈指数增加，极大地加快了化学反应的速度.14、 烃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？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？高C级的烷同一C级的醛低一C级的烷 ·····甲醛，甲醛分解为一氧化碳和氢气燃烧或直接燃烧.析炭反应是烃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比大的高碳烃（烷

12、）裂解析炭反应速度比甲烷快得多。且C/H愈大析炭愈严重 不饱和烃（烯、炔）比饱和烃（烷）更容易裂解析 C。15、 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方法：见书P23P24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

13、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

14、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，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（a）与当量比（b）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章 燃烧空气动力学基础混合与传质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

15、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扩散定律牛顿内摩擦定律傅里叶导热定律fick扩散定律3 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 » nt » at= lw¢， Prt » Sct » Let » 1但严格来讲，实验发现 （

16、1） 与 均小于1，说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈，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/D1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。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Nu数。详见课本P44 ，Nu=25 如图所示：两股射流在大空间中交汇。射流的初始温度T1=60，T2=室温20，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带入求解，结果省略6 湍流自由射流的主要

17、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：n 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轴向速度wx。n 自由射流内部压力p=周围介质压力p¥。7 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（T2）中 无量纲轴心速度wzs衰减快，且随q­有w

18、zs¯¯ 无量纲轴心温差DTzs衰减快，且随q­有DTzs¯¯ 无量纲轴心浓度差DCzs衰减快，混合强烈，且随q­有DCzs¯¯(2) 把冷射流（T1）射入热空间（T2）中 三个无量纲量wzs，DTzs，DCzs衰减慢，混合慢，射程长。随q¯ 衰减很慢。对于二次风，从燃烧供O2的角度应用高T1（q尽可能高）的空气，以加强湍流混合和传质（供O2），有利于燃烧从组织炉内气流流动工况角度，相反，应用q低一些的空气（T1¯），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

19、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，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，

20、必须总过量空气系数大于1因此：n 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。n 要避免使用大尺寸或者高流速的一次风，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。n 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。

21、9 根据以下物理模型，推导旋转射流中心线上负压的值。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）和中心的刚体旋转区（不能按势流处理），其分界线为r=r1。射流断面上分成两部分： n 射流内部：有旋运动 r®0， wj®0 按伯努利方程及左边所写的边界条件可得： r®r1， wj® wj1 , 交界处的压力pr0比大气低 n 外侧部分无旋运动 r®r1， wj® wj1 径向压力梯度dp/dr=惯性离心力= r®¥， wj®0 在此区域定常积

22、分可得：即：对此区域内任意位置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10 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，即正比于旋流的切向速度与轴向速度之比 R为定性尺寸， G角动量的轴向通量的（旋转动量矩），Gx轴向动量矩G，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长度l/d不带扩口小小00带扩口大大35度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。流体经过鈍体时，在钝

23、体下游的减速扩压流动中，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。鈍体半张角a­，回流区宽度H，长度L和回流量R都­；阻塞率（(b/B)2）升高R升高，L/d减小13 两股平行射流湍流混合的强弱取决于那些因素？为什么？ 两者的动压比 是湍流扩散（三传）的动力（能量）来源，它的增加会导致流体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， 射流自身动压 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1

24、4 两股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。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

25、心，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。 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化中心

26、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是一种燃

27、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：1. 对流换热系数a：a，散热直线qs的斜率， qs直线将以横轴上T0点为轴心向右转动，自燃温度下降，更容易发生自燃。1.&2. 3. 2. 散热面积F：F，与减小对流换热系数效果相同。3.

28、可燃物浓度C：C p ，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。4. 初始温度，易于着火5. ， 球形容器的直径d ，则pc ，提高可燃物质的着火性能，那Tc4. 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T0<Tc的升温曲线，就是拐点（二阶导数d2T/dt2=0的点）。5. 图示着火温度与燃料空气混合物的浓度（过量空气系数）的关系。并解释：1）为什么在点燃气体燃料的时候必须“火等气”？2）煤矿巷道中发生瓦斯爆炸的原理是什么，如

29、何防范瓦斯爆炸？ 两图中：将横坐标改为，且最低点略向右为=1处 “火等气”是出于安全原因考虑的，如果让燃气先释放到空气中和空气混合，则很有可能在空间很大的区域中，燃气和空气的配比正好在爆燃区，此时遇到到明火，极易发生爆燃甚至爆炸。而如果用明火先放在燃气喷口的附近，燃气喷出之后首先遇到明火，而不是先和空气混合到一定的比例，这样就能形成喷口上附着的火苗，而不是在空间中形成大范围的爆燃。煤矿巷道中发生瓦斯爆炸的原理是：氧气与燃气瓦斯的混合物的浓度比落在了当地温度对应的着火界限内，很容易发生热自燃。防范瓦斯爆炸的措施主要是充分保持通风，使得一定温度下的瓦斯浓度远离爆燃区。6. 什么叫强迫着火？请图示热

30、壁面强迫点燃的临界条件，并解释其物理意义是什么？ 强迫点燃即强迫着火，点燃和热自然在本质上没有多大的差别，但在着火方式上存在较大的差别。借助外部能量点燃，可燃物质的局部受到外来高温热源的作用而着火燃烧。可燃物质的温度较低，只有很少一部分可燃物质受到高温点火源的加热而反应，而在可燃物质的大部分空间内，其化学反应速率等于零。点燃是在局部地区首先发生的，然后火焰向可燃物质所在其他地区传播。热壁面强迫点燃的临界条件：若Tw升高，则可燃气体化学反应速度w，放热量，(dT/dx)w ，阴影区域扩大，总可以找到这样的一个温度Tw2，使炽热物体表面与气体没有热量交换，在壁面处(dT/dx)w=0，(在炽热物体

31、壁面的温度梯度等于0，炽热物体的点燃条件)，边界层处放热=散热。Tw2临界温度，称为强迫点燃温度。7. 试根据强迫点燃温度的方程讨论：1）炽热球体的直径d；2）对流换热Nu数；3）气体的导热系数；4）燃料的活化能；5）燃料的发热量；6）气流的压力；7）气流的初始温度；对强迫点燃难易程度的影响。1. 炽热球体的直径dd，Tw2. 对流换热Nu数Nu不变而（散热增大），Tw3. 气体的导热系数 （气体导热能力变强），Tw4. 燃料的活化能k0（燃料的频率因子）、E（燃料活性下降），Tw5. 燃料的发热量Q, Tw6. 气流的压力P（C）, Tw7. 气流的初始温度T0 ，Tw8. 燃用高活性的褐煤

32、的锅炉中，常出现以下现象：一次风温度大约150，风管道中漏出的煤粉在地面堆积，有时能呈现暗红色燃烧的状态（温度大约700），而一次风管内的煤粉却不燃烧或爆炸。请用自燃和强燃着火的模型给予解释。原因:由自燃的临界条件看，煤场上的煤发生化学反应时产热不易散去，即Q1Q2，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。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150，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，

33、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？ 系统产热量按气流可燃成分的消耗率计算消去C得Q燃料与空气混合物的发热量；r气流的密度； 产热率q1=Q1/qv

34、系统散热量散热率q2=Q2/qv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）空气完全由一次风送入；2）一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；4）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（2）一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（1） 二次风也分为两次送入，而且较迟送入四种方案比较第四章 气体燃料燃烧 1. 火焰传播速度的定义式是什么？随各

35、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 主要影响因素： 可燃混合气自身的特性 ，过量空气系数的影响：在= 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 压力 火焰传播速度多数碳氢化合物的n<2，故其VL随着压力p的升高而下降 i. n < 2 VL随着 p 的升高而减小ii. n =2，VL与 p 的变化无关iii. n > 2，VL随着 p 的升高而增大但流过火焰表面的可燃混合气质量流速0vL(kg·m-2·s-1) 与压力p的关系 温度 i. 可燃混合气初始温度T0 ，VLii. 火焰温度Tr

36、,VL 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 饱和烃的VL与C原子数n无关,对于非饱和烃,n, VL 惰性气体含量 惰性气体体积分数VL线性相关 ,且热扩散率a小的惰性气体对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

37、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。本生灯出口Re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,点燃后，形成稳定的锥体形层流火焰 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

38、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 气体火焰传播速度。测量过程：    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），计算总的混合气体流量 Q = Qkq + Qrq ；     测出喷嘴内径 R，计算出喷嘴截面积 A = R2，从而可算出混合气体流速 W=Q/A ；     测量火焰高度 h，可计算出火焰圆锥投影半角综上可得，测得的层流火焰传播速度表达式为5. 燃烧速度（化学反应速度w）与火焰传播

39、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关系式。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

40、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<1空气多>1燃料多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，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？ ，为将燃气从T0加热到燃烧温度Tr的时间从能量角度 从化学反

41、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。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 v<0 ，火焰面将向混合气来流方向移动（回火）若v

42、0 > vL，即v>0 ，火焰面将被气流吹向下游（脱火）u 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。u 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。u 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，

43、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。12. 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，冷却防止脱火控制a，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

44、，但随气流速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。雾化受热蒸发扩散混合燃烧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。3. 油滴

45、燃烧属于扩散燃烧还是预混燃烧？为什么？ 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o2混合，并燃烧，油滴的表面是没有氧气的，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。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

46、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）1) 热量平衡方程：，火焰锋面向内向外导热传递（忽略辐射），向内导热量=产生的油气所需汽化潜热量+油气温度升高所需热量；且油滴表面温度近似等于饱和温度T0=Tb对上式从液滴表面向火焰锋面积分：得： （*）2) 火焰外侧氧量及燃料量平衡方程： O2 从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面O2 的浓度=0，且O2 扩散到锋面的量符含化学反应中氧与油

47、的化学计量比；qm：气化量，扩散火焰单位时间消耗的燃料量从火焰锋面向环境积分并化简得火焰锋面的位置：3) 代入(*)得： k：燃烧常数4) 油滴的直径变化：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平方定律 ： 提升油滴燃烧速度的措施：i. rk ，轻质油的燃烧速度更快。ii. Cp,k ，气体导热性能好，燃烧更快。iii. Hk ，油的气化潜热少，燃烧更快。iv. Trk ，燃烧环境温度高，燃烧更快。v. T0k ，油的饱和温度低，燃烧更快。vi. Dk ，湍流传质能力强，燃烧更快。vii. Ck ，环境氧浓度高，燃烧更快。viii. k ，单位耗氧量低，燃烧更快ix. 燃尽时间 ，

48、如 则 （故要提高雾化质量）8. 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

49、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 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：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 ：把两式中的消去: wo2=i. 温度较低时： ，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，此时应通过强化传质，

50、提高燃烧速率，此时燃烧处于扩散燃烧区iii. 当T适当，kzl时过渡区，T和zl都能起到强化燃烧的效果。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区。6. 简述碳球燃烧的两种机理。碳燃烧过程中的氧化反应和气化反应是什么？图示这两种反应的反应速度常数k随温度变化的规律。机理1：碳和氧气在中低温下反应，一次产物是二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳再燃烧生成二氧化碳。机理2：在高温下，C和CO2发生气化反应生成CO，CO再在碳球附近燃烧生成CO2。氧化反应包括：一次反应

51、C + O2 = CO2 ，2C + O2 = 2CO，二次反应2CO+O2=2CO2 气化反应：二次反应CO2+C=2CO氧化反应是放热反应自我促进机制 （正反馈），故k随温度而，指数增长气化反应是吸热反应自我抑制机制 （负反馈），故k随温度而，指数衰减7. 为什么说碳的氧化反应是自我促进的，而气化反应是自我抑制的？请图示。8. 焦炭的反应活性跟哪些因素有关？写出常见固体燃料的焦炭活性的排序。水分，灰分，挥发分，碳球周围氧气浓度分布，内比表面积一般情况下活性由高到低依次为：木炭，褐煤，烟煤，贫煤，无烟煤9. 解释：碳燃烧的时候，在低温下发生氧化反应，而在温度很高的情况下，气化反应将变得显著。

52、气化反应的活化能较高，是吸热反应，需要高温环境提供热源，氧化反应是自我促进的放热反应，活化能较低，可以在温度较低时发生。所以在低温时发生氧化反应，而当氧化反应积累了热量，使系统升温后，高的温度促进了气化反应的进行，另外，CO2浓度的提高也促进了气化反应的进行，故高温时，气化反应变得显著。10. 请分别推导动力燃烧区和扩散燃烧区中，理想碳球燃尽时间与直径的关系。并根据其数学表达式讨论，影响碳球燃尽速度的主要因素有哪些？如何影响？(一) 碳球表面扩散燃烧的燃烧速度: Kg/(m2·s)单位时间单位C表面积上消耗的C量为：单位时间内烧掉的C量为:由煤粒的直径变化得：两者相等，并积分之得：得碳球扩散燃烧时的直径平方直线定律：其中：此区域影响碳球燃尽速度的主要因素：a) 氧气浓度，增加供氧有利于加快燃尽速率b) 增加湍动度，提高传质系数D，可以提高燃尽速度c) 煤的挥发分含量越高，p越小，燃尽速率越大d) 煤粉的直径越小，燃尽时间越短，既要细化煤粉(二) 碳球表面动力燃烧的燃烧速度： Kg/(m2·s)单位时间单位C表面积上消耗的C量为：单位时间内烧掉的C量为:单位时间内，碳球质量的减少量为:两者相等，并积分之得:得碳球动力燃烧时的直径直线定律：其中：此区域影响碳球燃尽速度的主要因素：a) 温度T，提高温度可以提高燃尽速率b) 煤粉的活性越好E越小，