[西安交大燃燒學課件]燃燒學習習題答案

1、燃燒學復習題參考答案集 2009 / 1 / 9 第一章 化學熱力學與化學反應動力學基礎1、 我國目前能源與環(huán)境的現(xiàn)狀怎樣電力市場的現(xiàn)狀如何如何看待燃燒科學的發(fā)展前景我國目前的能源環(huán)境現(xiàn)狀：一、能源豐富而人均消費量少我國能源雖然豐富，但分布很不均勻，煤炭資源60%以上在華北，水力資源70%以上在西南，而工業(yè)和人口集中的南方八省一市能源缺乏。雖然在生產(chǎn)方面，自解放后，能源開發(fā)的增長速度也是比較快，但由于我國人口眾多，且人口增長快，造成我國人均能源消費量水平低下，僅為每人每年噸標準煤，而1 噸標準煤的能量大概可以把400噸水從常溫加熱至沸騰。二、能源構成以煤為主，燃煤嚴重污染環(huán)境從目前狀況看，煤炭

2、仍然在我國一次能源構成中占70%以上，成為我國主要的能源，煤炭在我國城市的能源構成中所占的比例是相當大的。以煤為主的能源構成以及62的燃煤在陳舊的設備和爐灶中沿用落后的技術被直接燃燒使用，成為我國大氣污染嚴重的主要根源。據(jù)歷年的資料估算，燃煤排放的主要大氣污染物，如粉塵、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，對我國城市的大氣污染的危害已十分突出：污染嚴重、尤其是降塵量大；污染冬天比夏天嚴重；我國南方燒的高硫煤產(chǎn)生了另一種污染酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。三、農(nóng)村能源供應短缺    我國農(nóng)村的能源消耗，主要包括兩方面，即農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耗能。我國農(nóng)村人口多，能

3、源需求量大，但農(nóng)村所用電量僅占總發(fā)電量的14%左右。而作為農(nóng)村主要燃料的農(nóng)作物桔桿，除去飼料和工業(yè)原料的消耗，剩下供農(nóng)民作燃料的就不多了。即使加上供應農(nóng)民生活用的煤炭，以及砍伐薪柴，揀拾干畜糞等，也還不能滿足對能源的需求。電力市場現(xiàn)狀：2008年10月份，中國電力工業(yè)出現(xiàn)的負增長，為十年來首次出現(xiàn)單月負增長。11月，部分省市用電增幅同比下降超過30。在煤價大幅上漲和需求下滑的影響下，目前火電企業(yè)虧損面超過90，預計全年火電全行業(yè)虧損將超過700億元。走勢分析2009年，走過今年“寒冬”的電力行業(yè)將機遇與挑戰(zhàn)并存，挑戰(zhàn)大于機遇。受整個經(jīng)濟下滑的影響，“過?！钡膶擂螌⒗^續(xù)顯現(xiàn)。電價矛盾將更加突出。

4、今年以來，國家制定的煤電價格聯(lián)動政策遲遲無法實施，導致發(fā)電企業(yè)虧損不斷累積，電價矛盾日益尖銳。面對明年經(jīng)濟形勢的復雜情況，電力銷售價格能否適時調(diào)整，具有很大的不確定性。結構調(diào)整有望借勢“提速”。明年寬松的用電環(huán)境正好為中國電力結構調(diào)整騰出了時間和空間。面對今年的大變局，國內(nèi)發(fā)電企業(yè)將從跑馬圈地式的快速擴張，轉向注重效益的發(fā)展模式。燃燒科學的發(fā)展前景燃燒學是一門正在發(fā)展中的學科。能源、航空航天、環(huán)境工程和火災防治等方面都提出了許多有待解決的重大問題，諸如高強度燃燒、低品位燃料燃燒、煤漿(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃燒、流化床燃燒、催化燃燒，滲流燃燒、燃燒污染物排放和控制、火災起因和防止等。

5、我國的能源現(xiàn)狀也決定了必須大力的發(fā)展燃燒學科。燃燒學的進一步發(fā)展將與湍流理論、多相流體力學、輻射傳熱學和復雜反應的化學動力學等學科的發(fā)展相互滲透 、相互促進。2、 什么叫燃燒答：燃燒標準化學定義：燃燒是一種發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學反應燃燒的廣義定義：燃燒是指任何發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學反應，不一定要有氧氣參加3、 什么是簡單反應、復雜反應答：簡單反應：由反應物經(jīng)一步反應直接生成產(chǎn)物的反應。（也叫基元反應）復雜反應：反應不是經(jīng)過簡單的一步就完成，而是通過生成中間產(chǎn)物的許多反應步驟來完成的反應，其中每一步反應也稱為基元反應。4、 濃度和化學反應速度正確的表達方法答：濃度：單位體積內(nèi)所含某種物質(zhì)的量1.分子

6、濃度 ni =Ni /V Ni為分子數(shù) 1 /m2.摩爾濃度 Ci =Mi /V Mi 為摩爾數(shù) mol / m3.質(zhì)量濃度 i=Gi /V kg / m4.相對濃度 摩爾相對濃度：x i =N i /N=n i /N=C i /C=p i /p質(zhì)量相對濃度：f=G i /G=i /化學反應速度：通常用單位時間單位體積內(nèi)消耗的燃料量或者氧量來表示。 化學反應速度既可以用反應物濃度的減少來表示，也可以用生成物濃度的增加來表示。但均取正值。W=±d C / d5、 質(zhì)量作用定律的適用范圍試用質(zhì)量作用定律討論物質(zhì)濃度對反應速度的影響。答：反應應為簡單反應嚴格講，質(zhì)量作用定律僅適用于理想氣體

7、。對于多相反應，僅考慮氣相物濃度，對于固相或液相物質(zhì)蒸汽分壓不考慮。按質(zhì)量作用定律，如果反應方程式是aA+bB（簡單反應）則反應速度和反應物濃度AB成如下關系： W =kAB即：當溫度不變時，某化學反應的反應速度與該瞬間各反應物濃度的乘積成正比例，如果該反應按照某化學反應方程式一步完成（簡單，基元反應），則每種反應物濃度的方次即等于化學反應方程式中的反應比例常數(shù)。6、 什么是反應級數(shù)反應級數(shù)與反應物初始濃度（以及半衰期）之間的關系如何答：化學反應速度表達式中濃度指數(shù)之和n=+就是反應級數(shù)。反應級數(shù)與反應物初始濃度無關。由于 w =-dC/d=kC,可推得：零級反應： 一級反應： 二級反應：7、

8、 常用的固體、液體和氣體燃料的反應級數(shù)值的范圍是多少燃 料反應級數(shù)煤氣輕油重油 煤粉 2 2 1 18、 試用反應級數(shù)的概念，討論化學反應是速度、燃盡時間與壓力之間的關系。答：對于理想氣體，而化學反應速度，故；單位時間的反應（整個燃燒體積內(nèi)的），所以燃盡時間。（n為反應級數(shù)）9、 渦輪增壓裝置對汽車發(fā)動機的作用是什么答：渦輪增壓裝置能提高壓強，因而不僅能提高發(fā)動機內(nèi)的燃料氣體的化學反應速度，而且能減少氣體的燃盡時間，綜合提高發(fā)動機的功率。（汽油的反應級數(shù)一般為2）10、 Arrhenius定律的內(nèi)容是什么適用范圍答：溫度對化學反應速度的巨大影響反映在反應常數(shù)上，這個關系稱為阿累尼烏斯定律，表達

9、為，其中k0是頻率因子，E是活化能，與反應物溫度及濃度無關。適用范圍為：A簡單化學反應（基元反應），或復雜化學反應中的每一步基元反應B有明確反應級數(shù)n和速度常數(shù)k的復雜反11、 什么是活化能，其計算的方法是什么答：活化能：使普通分子（平均能量）變?yōu)榛罨肿铀枘芰??？梢詼y定反應級數(shù)根據(jù)圖解法和計算法來見解求得。（詳見課本P3）12、 圖解吸熱反應和放熱反應的活化能和反應放熱（吸熱）之間的關系。吸熱反應同理13、 什么叫鏈式反應它是怎樣分類的鏈反應一般可以分為幾個階段答：鏈式反應是一種在反應過程中含有自由原子或自由基等活化物質(zhì)的特殊反應，如果通過某一種方式（如光照射等)將其引發(fā)，便相繼發(fā)生一系列

10、的鏈鎖反應，使反應一環(huán)扣一環(huán)的不斷進行下去。 鏈式反應分為不分支鏈反應（或直鏈反應）和分支鏈反應兩類。鏈式反應一般分為鏈的激發(fā)（引發(fā)）、鏈的傳遞和鏈的斷裂（中斷）三個階段。14、 試用活化中心繁殖速率和銷毀速率的數(shù)學模型，結合圖線，解釋氫燃燒的幾種反應的情況。分支鏈反應為什么能極大地增加化學反應的速度答：.在課本第五頁下邊至六頁上邊中,(1)-(3)中分析.分支鏈反應中反應活化中心繁殖速度f比較大,極大的加快了化學反應的速度.15、 烴類燃燒的基本過程是什么，什么情況下會發(fā)生析碳反應如何進行解釋答：烷烴同原子的醛低一個原子的烷烴直至甲醛,甲醛分解為一氧化碳和氫氣燃燒或直接燃燒.析炭反應是烴類熱

11、裂解過稱中的二次反應，二次反應是一次反應產(chǎn)生產(chǎn)生足夠的一次反應產(chǎn)生足夠的中間產(chǎn)物才顯著起來。裂解的過程包括脫氫反應和斷鏈反應，具體反應過程見課本第八頁下面至第九頁上面的過程。16、 圖解催化劑對化學反應的作用。對反應的作用有改變的只有兩點：活化能E下降，反應途徑的變化17、 什么叫化學平衡平衡常數(shù)的計算方法呂·查德里反抗規(guī)則的內(nèi)容是什么解釋：碳燃燒的時候，在低溫下發(fā)生氧化反應，而在溫度很高的情況下，氣化反應將變得顯著。答：化學平衡的，可逆反應此時系統(tǒng)內(nèi)各組成成分不變，計算公式為課本10、11頁的1-27和1-28. 。系統(tǒng)變化遵循呂·查德里反抗規(guī)則：當化學平衡由于某一外因（

12、T,p或成分含量）而被破壞時平衡將向反抗這一外因的方向移動。溫度升高，平衡將向吸熱方向移動，抵抗溫度升高的影響；溫度降低，平衡將向放熱方向移動，抵抗溫度降低的影響18、 標準生成焓、生成焓的定義反應焓的定義及計算方法燃料發(fā)熱量（熱值）與燃燒焓、反應焓的關系答：生成焓定義：化合物的構成元素（最穩(wěn)定的單質(zhì)）經(jīng)化合反應生成1mol該化合物的焓的增量。kJ/mol，標準生成焓：是化合物的構成元素在標準狀態(tài)下（298K,），經(jīng)化合反應生成1mol該化合物的焓的增量。在特定的溫度壓力下（等溫等壓）進行的反應，反應物與產(chǎn)物具有相同的t,p，則產(chǎn)物與生成物間的焓值之差為該反應的反應焓如果化合物不是由元素直接反

13、應的生成物，則反應后生成物與反應物間的焓差值，不是生成焓，而是反應焓。發(fā)熱量與反應焓、燃燒焓大小相等，符號相反。19、 過量空氣系數(shù)（a）與當量比（b）的概念答：過量空氣系數(shù)是反應供應空氣（氧氣）與反應恰好完全反應所需空氣（氧氣）之比當量比是兩種參加反應的反應物的質(zhì)量之比第二章 混合與傳質(zhì)1 什么是傳質(zhì)傳質(zhì)的兩種基本形式是什么答：物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的轉移過程叫做傳質(zhì)，也叫質(zhì)量傳遞。 傳質(zhì)的兩種基本方式是分子擴散傳質(zhì)和對流傳質(zhì)。2 什么是“三傳”分子傳輸定律是怎樣表述的它們的表達式如何（牛頓粘性定律、傅立葉導熱定律、費克擴散定律）什么是“三傳”的比擬答：動量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞。分子傳

14、輸定律即牛頓內(nèi)摩擦定律，傅里葉導熱定律和fick擴散定律。描述動量、熱量和質(zhì)量的規(guī)律有相似的數(shù)學表達式（傅里葉定律型）和相似的準則數(shù)（普朗特數(shù)和施密特數(shù)、努賽爾數(shù)和舍伍德數(shù)）叫三傳的比擬。3 湍流中，決定“三傳”的因素是什么湍流中，動量交換過程和熱量、質(zhì)量交換的強烈程度如何怎么用無量綱準則數(shù)的數(shù)值來說明這一點答：決定三傳的因素為脈動和漩渦（僅供參考） 熱量交換與質(zhì)量交換的強烈程度相當，動量交換的強烈程度不如熱量和質(zhì)量交換強烈。 實驗發(fā)現(xiàn)普朗特數(shù)約為，小于1，即動量交換不如熱量交換強烈。施密特數(shù)在到之間也小于1，即動量交換不如質(zhì)量交換強烈。Le數(shù)約為1到，說明熱量交換和動量交換強度相當。4 試推

15、導一個靜止圓球在無限大空間之中，沒有相對運動的情況下，和周圍氣體換熱的Nu數(shù)。答： 完全根據(jù)復習ppt上例題將傳質(zhì)換成傳熱，求出Nu=2.5 如圖所示：兩股射流在大空間中交匯。射流的初始溫度T1=60，T2=室溫20，實測xy點的Txy=50。氣流中的初始濃度為C1=3mol/m3，C2=2mol/m3，求點的xy點的濃度Cxy。答：該題復習為ppt上原題。6 自由射流積分（動量守恒）條件、熱焓差和濃度差守恒條件的物理意義是什么，數(shù)學表達式是什么答：（1）自由射流動量守恒是指沿射流的軸線方向，在任意斷面上，以射流的速度w與速度w2只差(w-w2)計算的動量是一個不變的常數(shù)。其值恒等于出口斷面上

16、的以出口速度w1與射流的速度w2只差計算的射流初始動量。（2）同動量守恒條件相似可以得出，沿軸線方向上，任意斷面上的熱焓差和濃度差都是不變的常數(shù)，且恒等于出口斷面上的射流與伴隨流之間的熱焓差和濃度差。注：相應公式見PPT2.4.27 圖解射流斷面上的速度分布相似性。答：見PPT2.4.3 (2)8 把熱射流射入冷空間中，和把冷射流射入熱空間中，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減的情況有何區(qū)別這對工程燃燒的二次風參數(shù)的選取有何指導意義答：（1）把熱射流射入冷空間中時，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很快，因為（含義見PPT）的值較大。而且隨值增大，三者衰減速度均明顯加快。（2）把冷射流射入熱

17、空間時，很明顯值相對（1）中要小，所以此時射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很慢，而且隨值減小，衰減更慢。（3）從這個方面講，組織鍋爐內(nèi)氣流流動時，應用值低一些的一次風，從而保證較慢的衰減速度，有足夠的擾動范圍，以保證氣流流動。而從燃燒供氧的角度講應用值高一些的一次風，以加強湍流混合和傳質(zhì)，有利于燃燒。9 根據(jù)以下物理模型，推導旋轉射流中心線上負壓的值。假定旋轉射流的橫截面如圖所示，流體是無粘性流體，流動區(qū)域可以劃分為兩個區(qū)域：外圍的自由旋轉區(qū)（可以按勢流處理）和中心的剛體旋轉區(qū)（不能按勢流處理），其分界線為r=r1。答：中心線上負壓即剛體運動區(qū)中心線上的負壓值，具體推倒見PPT2.5.1（

18、2）10 什么是旋流強度，其物理意義是什么旋流強度的計算公式 答：旋流強度（旋流數(shù)）：工程上用于反映旋轉射流強弱程度的指標。計算公式：其中，G是角動量的軸向通量（旋轉動量矩）， Gx是軸向動量，R為定性尺寸。物理意義：旋轉動量和軸向動量的某種比值。11 圖示鈍體流場的主要特征。答：見課本P54圖2-23.12 兩股平行射流湍流混合的強弱取決于哪些空氣動力學參數(shù)條件答： 兩者的動壓比 ，它是湍流擴散（三傳）的動力（能量）來源，它的增加會導致流體微團可在更大尺度范圍內(nèi)湍流相關，且混合邊界層愈偏于動壓小的一側。當動壓比趨近于1時，由于動壓差引起的湍流擴散已經(jīng)十分微弱，只能靠射流自身原始擾動度來維持。

19、 決定于射流自身動壓 ，它是射流內(nèi)部進行三傳的動力（能量）源。一般自身湍動度總是維持射流內(nèi)部的小尺度湍動。 系數(shù)k，決定于射流噴口的結構特征和速度分布特征13 兩股相交射流湍流混合的強弱取決于哪些空氣動力學參數(shù)條件答：相交射流混合傳質(zhì)的動力學條件是兩射流的動量（流率）比M=1時混合最強烈。第三章 氣體燃料燃燒 1. 什么是熱著火什么是鏈式著火其區(qū)別是什么熱著火需要滿足的條件是什么化學鏈著火需要滿足的條件是什么答：什么是熱著火什么是鏈式著火其區(qū)別是什么熱著火需要滿足的條件是什么化學鏈著火需要滿足的條件是什么熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱，溫度不斷升高導致化學反

20、應不斷自動加速，積累更多能量最終導致著火。大多數(shù)氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。鏈式著火：由于某種原因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時，導致化學反應速度不斷加速，最終導致著火。 某些低壓下著火實驗（如 H2+O2，CO+O2的著火）和低溫下的“冷焰”現(xiàn)象符合鏈式著火的特征。熱著火過程與鏈式著火過程區(qū)別熱著火通常比鏈式著火過程強烈得多。條件：熱著火過程：溫度升高引發(fā)的，將使得系統(tǒng)中整體的分子動能增加，超過活化能的活化分子數(shù)按指數(shù)規(guī)律增加。導致 燃燒反應自動加速。鏈式著火過程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀，所以鏈式著火通常局限在活化中心的

21、繁殖速率大于銷毀速率的區(qū)域，而不引起整個系統(tǒng)的溫度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能夠在整個系統(tǒng)內(nèi)加速繁殖并引起系統(tǒng)能量的整體增加，就形成爆炸。2. 自發(fā)著火與強迫著火的區(qū)別是什么答：自燃：自發(fā)的著火，依靠系統(tǒng)自身化學反應的放熱來維持系統(tǒng)的升溫。強燃：強迫著火，借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部著火，然后火焰?zhèn)鞑サ秸麄€可燃混合物中。3. 自燃必要條件有兩個判據(jù)，他們的表達式怎樣，物理意義是什么燃料的活化能、系統(tǒng)初始溫度、散熱系數(shù)對自燃溫度的影響如何請圖示。試討論影響自燃著火溫度的主要因素有哪些答：自燃必要條件有兩個判據(jù)，他們的表達式怎樣，物理意義是什么燃料的活化能、系統(tǒng)初始溫度

22、、散熱系數(shù)對自燃溫度的影響如何請圖示。試討論影響自燃著火溫度的主要因素有哪些兩個判據(jù):產(chǎn)熱散熱相等，產(chǎn)熱散熱變化率相等即：影響因素：圖見PPT(散熱系數(shù))有利著火燃料活性強（E小或k0大）易著火T0(系統(tǒng)初始溫度) 容易著火4. 什么是著火的孕育時間請圖示。并解釋：為何堆放在煤場上的煤在常溫下也經(jīng)常會發(fā)生自燃，而直吹式煤粉鍋爐一次風管道中的煤粉在高于150的條件下也不發(fā)生自燃答：自然過程中，系統(tǒng)溫度達到拐點溫度（即臨界溫度）時對應的時間為孕育時間。圖見PPT原因需從自燃的臨界條件來找煤場上的煤發(fā)生化學反應時產(chǎn)熱不易散去，即Q1Q2，在常溫下隨產(chǎn)熱蓄積溫度不斷升高，孕育時間不會很長，故而易著火自

23、燃。相應地，直吹式煤粉鍋爐一次風管道中的煤粉流動快，散熱也快，盡管當溫度高于150，仍無法蓄熱以進一步提高溫度，故孕育時間無限長，最終也不會自然。5. 圖示著火溫度與燃料空氣混合物的濃度（過量空氣系數(shù)）的關系。并解釋：1）為什么在點燃氣體燃料的時候必須“火等氣”2）煤礦巷道中發(fā)生瓦斯爆炸的原理是什么，如何防范瓦斯爆炸答：圖示著火溫度與燃料空氣混合物的濃度（過量空氣系數(shù)）的關系。并解釋：1）為什么在點燃氣體燃料的時候必須“火等氣”2）煤礦巷道中發(fā)生瓦斯爆炸的原理是什么，如何防范瓦斯爆炸 著火溫度與燃料空氣混合物的濃度有關；通常用過量空氣系數(shù)來表示（2）參照上圖不要讓（，T）進入U型虛線區(qū)6. 什

24、么叫強迫著火請圖示強迫著火的過程。熱壁面強迫點燃的臨界條件是什么，其物理意義是什么答：強迫點燃：用熾熱物體使可燃混合物著火熾熱物體向周圍可燃混合氣散熱，在邊界層中可燃混合物由于溫度升高而進行化學反應，反應產(chǎn)熱使氣體溫度不斷升高而著火。 強燃的臨界條件應為： 7. 試根據(jù)強迫點燃溫度的方程討論：1）熾熱平板的長度；2）對流換熱Nu數(shù)；3）氣流的壓力；4）氣流的導熱系數(shù)；5）燃料的活化能；6）燃料的發(fā)熱量；對強迫點燃難易程度的影響。答：試根據(jù)強迫點燃溫度的方程討論：1）熾熱平板的長度；2）對流換熱Nu數(shù)；3）氣流的壓力；4）氣流的導熱系數(shù)；5）燃料的活化能；6）燃料的發(fā)熱量；對強迫點燃難易程度的影

25、響。 L，Tqr Nu（氣流速度上升，散熱增大），Tqr P（C）, Tqr 、E，Tqr Q, Tqr8. 燃用高活性的褐煤的鍋爐中，常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一次溫度大約150，風管道中漏出的煤粉在地面堆積，有時能呈現(xiàn)暗紅色燃燒的狀態(tài)（溫度大約700），而一次風管內(nèi)的煤粉卻不燃燒或爆炸。請用自燃和強燃著火的模型給予解釋。該問為開放性題，為不局限大家思維，請各位互相討論啊 .9. 什么是緩燃什么是爆燃答：緩燃（正常傳播）：火焰鋒面以導熱和對流的方式下傳熱給可燃混合物引起的火焰?zhèn)鞑?，也可能有輻射（如煤粉燃燒時的火焰?zhèn)鞑タ赡芤暂椛錇橹?，也有可能為對流和輻射并重）。傳播速度較低（13m/s，遠小于聲速），傳

26、播過程穩(wěn)定。一般的工程燃燒均為此類。爆燃：絕熱壓縮引起的火焰?zhèn)鞑?，是依靠激波的壓縮作用使未燃混合氣的溫度升高而引起化學反應，從而使燃燒波不斷向未燃氣推進，傳播速度大于1000m/s，大于聲速。如爆炸、壓燃式內(nèi)燃機的火焰?zhèn)鞑ァ?0. 層流火焰?zhèn)鞑サ乃俣仁窃趺炊x的答：層流火焰?zhèn)鞑サ乃俣榷x為流動狀態(tài)為層流時的火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳播速度。11. 火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩x式數(shù)學表達式是什么隨各個主要影響因素（熱擴散率、燃盡時間等）的變化規(guī)律是什么答：火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x式的數(shù)學表達式為：（火焰鋒面相對靜止時）。根據(jù) 可知：熱擴散率：。燃盡時間：，因此 。過量空氣系數(shù)： = 1時，uce最高

27、（理論）； 1且小于1時，（實驗） >> 1 或 << 1時，Q放，Tlr?？扇細獬鯗兀骸；鹧驿h面形狀： 凹 ； 凸 散熱多 。12. 本生燈火焰穩(wěn)定的機理是什么如何使用本生燈測量層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍噷懗鰷y量的過程和計算式。答：ba本生燈的火焰穩(wěn)定機理：本生燈出口處Re較小，一般屬層流，火焰鋒面以傳播，可燃混合氣以w速度前進，合成速度的結果就是形成了的圓錐面。這也稱為余弦定律：。wn的存在使得火焰鋒面上質(zhì)點沿a-b方向移動，為使火焰穩(wěn)定，當質(zhì)點由a移至b時，必須有另一質(zhì)點補充上來。因此在接近火炬根部的焰鋒表面上，必須存在一固定的點火源（不斷點燃火焰根部附近的可燃氣體以補充

28、被氣流帶走的質(zhì)點）。此即圓錐面火焰鋒面的策源，底部四周一圈環(huán)形火焰鋒面點火環(huán)。點火環(huán)的存在是由于燃料混合物噴出本生燈后在邊緣上速度很低，有一些地方射流速度正好等于uce，即形成了點火環(huán)。如圖所示，當火焰穩(wěn)定時，混合氣體在火焰鋒面法向的分速度就等于氣體火焰的傳播速度。測量空氣與燃氣流量，可得混合氣體流量，根據(jù)已知的噴嘴直徑，可計算出混合氣體的流速；再測量火焰的高度，算出火焰圓錐投影的半角，即可得到混合氣體在火焰鋒面法向的分速度 氣體火焰?zhèn)鞑ニ俣取y量過程： 分別測出空氣與燃氣的流量 Qkq和 Qrq（據(jù)流量計的不同可能需要修正），計算總的混合氣體流量 Q = Qkq + Qrq ； 測出噴嘴內(nèi)徑

29、 R，計算出噴嘴截面積 A = R2，從而可算出混合氣體流速 W=Q/A ； 測量火焰高度 h，可計算出火焰圓錐投影半角 。綜上可得，測得的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣缺磉_式為 13. 燃燒速度（化學反應速度）與火焰?zhèn)鞑ニ俣仁鞘裁搓P系區(qū)別是什么(火焰速度、燃燒速度、新混合氣速度關系)答：燃燒速度（化學反應速度）與火焰?zhèn)鞑ニ俣仁鞘裁搓P系區(qū)別是什么(火焰速度、燃燒速度、新混合氣速度關系)燃燒速度越大層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?。燃燒速度的單位是摩爾每立方米每秒，表示單位時間單位體積內(nèi)說消耗的燃料量，而火焰?zhèn)鞑ニ俣葐挝皇敲酌棵?，是化學反應燃燒區(qū)在空間的移動。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x：火焰鋒面在其法線方向相對于新鮮混合氣的傳

30、播速度。14. 燃料氣的熱擴散系數(shù)、燃料的發(fā)熱量、化學反應速度、氣體的密度、氣體的壓力、可燃氣體初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣却穑喝剂蠚獾臒釘U散系數(shù)、燃料的發(fā)熱量、化學反應速度、氣體的密度、氣體的壓力、可燃氣體初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣热剂蠚獾臒釘U散系數(shù)增大、燃料的發(fā)熱量增大、化學反應速度增大、氣體的密度減小、可燃氣體初溫越大，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷紩龃?。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c壓力的1/2*(n-2)次方成正比。火焰鋒面凹，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，火焰鋒面凸散熱增多，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小。15. 過量空氣系數(shù)如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣日垐D示。答：過量空氣系數(shù)如何影響層流火

31、焰?zhèn)鞑ニ俣日垐D示。教材101頁圖3-18理論燃燒溫度：在= 1時最高。>>1空氣多或<<1燃料多都會導致散熱多使理論燃燒溫度降低，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档汀嶒炞C明 1且小于1時層流火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲蟆?6. 火焰鋒面厚度的計算式是什么真實的火焰鋒面厚度大約是多少答：火焰鋒面厚度的計算式是什么真實的火焰鋒面厚度大約是多少第三章課件40頁。17. 什么是淬熄距離答：火焰?zhèn)鞑ミ^程中，在距離壁面數(shù)MM的地方，壁面溫度低，dT/dr較高，散熱強烈，使Uce下降，造成火焰無法傳播的臨界便捷厚度成為淬熄距離。18. 什么是湍流火焰?zhèn)鞑サ谋砻嫒紵碚摵腿莘e燃燒理論答：表面燃燒理論（舍謝爾金

32、）火焰面使層流型的，湍流脈動在一定空間內(nèi)使燃燒面彎曲，皺折，乃至破裂，成“小島”狀的封閉小塊，這樣增大了燃燒面積，從而增大了燃燒速度。容積燃燒理論湍流燃燒速度的增加是因為在湍流中熱量和活化中心湍流轉移速度都大大高于層流中同類型的分子遷移速度率，因而加速了火焰中化學反應，從而提高了實際的法向燃燒速度。19. 什么是擴散火焰什么是預混火焰什么是全預混火焰其火焰的形狀和結構有何區(qū)別通過火焰的圖像特征辨別火焰的種類。答：擴散火焰：燃料和氧化劑邊混合邊燃燒，這時由于擴散作用對燃燒起控制作用，又稱擴散火焰。預混火焰：燃料和氧化劑預先混合好，這時化學動力學因素對燃燒起控制作用，亦稱動力燃燒。全預混火焰：若一

33、次預混空氣系數(shù)1k>=1，一級空氣氧已足夠，此時也只有一個內(nèi)火焰鋒面，此時為全預混火焰。具體圖像參考教材或PPT。20. 什么是脫火和回火圖解火焰的脫火區(qū)、回火區(qū)、穩(wěn)定區(qū)和黃色火焰區(qū)。答：21. 為什么說擴散火焰不容易脫火也不容易回火為什么全預混火焰既容易脫火也容易回火結合火焰區(qū)域的圖進行解釋。（需要解釋，為什么全預混火焰的穩(wěn)定區(qū)比較窄）答：當a1K=0，純擴散火焰，不可能回火，因為管道中沒有氧氣，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?。也不易脫火，因為，隨著燃料在環(huán)境中的擴散，與氧氣混合，火焰?zhèn)鞑ニ俣壬仙?，而流速卻在擴散過程中不斷下降，很容易出現(xiàn)火焰穩(wěn)定點?；鹧鏄O為穩(wěn)定，但化學不完全燃燒損失大。a1K=，穩(wěn)

34、定區(qū)域很大，運行較為可靠?；旌衔镏谢鹧?zhèn)鞑ニ俣群艿?，不容易回火。與純擴散火焰類似，隨著燃料在環(huán)境中的擴散，與氧氣混合，火焰?zhèn)鞑ニ俣壬仙?，而流速卻在擴散過程中不斷下降，很容易出現(xiàn)火焰穩(wěn)定點。a1K太小時，氣體中烴缺氧，發(fā)生高溫裂解，產(chǎn)生炭黑，火焰呈明亮黃色，發(fā)光火焰，黑度大，有利于爐內(nèi)傳熱。 a1K1時，既容易回火，也容易脫火，火焰很不穩(wěn)定。 火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸?，管道?nèi)供氧充分，很容易回火?；旌蠚饬麟x開噴嘴以后，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粩嘞陆?，雖然流速也不斷下降，但是，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊南陆蹈?，很容易脫火?22. 常用的防止回火的措施有哪些常用的防止脫火的措施有哪些答： 采用喉口設計：加裝收縮段；直徑變小使

35、用冷卻裝置：降低混合物溫度，從而降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?，甚至直接淬熄火焰。防止a1K>加穩(wěn)焰器使用鈍體或者旋流，形成中心回流區(qū)，起到穩(wěn)定點火源的作用穩(wěn)焰方法：利用鈍體，旋轉射流穩(wěn)焰，利用逆向噴流穩(wěn)焰，等等。第四章 液體燃料燃燒1. 液體燃燒的過程是什么答：霧化、受熱蒸發(fā)、擴散混合、著火燃燒2. 圖解單個液滴燃燒時的空間區(qū)域劃分，以及油蒸汽濃度、氧氣濃度和溫度分布。3. 油滴燃燒屬于擴散燃燒還是預混燃燒為什么答：屬于擴散燃燒限制油滴燃燒的主要因素是與空氣的混合速度，即取決于空氣向油滴表面擴散所需的時間，屬擴散燃燒。4. 液體燃料噴霧特征的評定指標有哪幾項索太爾平均直徑的計算式和物理意義答： 霧化

36、粒度：表示油滴顆粒大小的指標 霧化油滴均勻性 霧化角： 流量密度5. 簡述機械霧化和介質(zhì)霧化的過程。答： 機械式霧化器依靠油泵的壓力將液體燃料的壓力提高，使以較高的壓力噴進燃燒室 介質(zhì)式霧化器用蒸汽做霧化介質(zhì)，則還可以在霧化同時降低油的粘度，故進入噴嘴的燃油粘度越高時仍能保證霧化質(zhì)量，采用空氣作介質(zhì)時，空氣壓力低，霧化質(zhì)量較差。6. 單個油滴的蒸發(fā)過程的物理模型怎樣油滴蒸發(fā)滿足什么定律試推導之。7. 請推導單個油滴燃燒時間的表達式。（6、7）合答：油滴球形，其周圍溫度場(a)，濃度場均勻(D)油滴隨氣流而動，與氣流間無相對運動（Re=0）油滴表面溫度近似等于飽和溫度T0=Tb火焰鋒面向內(nèi)向外導

37、熱傳遞（忽略輻射），向內(nèi)導熱量=產(chǎn)生的油氣量+油氣溫度升高，且忽略斯蒂芬流（油蒸汽穿過鋒面逃逸的量）=0O2 從遠方擴散而來在鋒面上全部消耗掉，鋒面O2 的C=0，且O2 擴散到鋒面的量符含化學反應中氧與油的化學計量比b油滴蒸發(fā)滿足平方直線定律。另：“平方直線定律”推導見 復習PPT 或 課本8. 燃油燃燒器的調(diào)風器應具備哪些功能答： 有根部風（在油還未著火燃燒之前，在油霧根部已有一部分空氣混入油霧中，1530%一次風）油料相對易燃，應該及早與氧氣混合 早期混合要強烈擴散燃燒，應重點強化空氣與油霧的混合 有一大小位置適當?shù)幕亓鲄^(qū)防止脫火 加強后期混合利于殘余的難燃組分的燃盡9. 如何強化油霧燃

38、燒答：增強霧化功能，減小油滴尺寸，提高霧化的均勻性；提高燃燒室的溫度水平，強化蒸發(fā)階段的傳熱。第五章 固體燃料燃燒1. 圖示煤燃燒過程的主要特點。煤的燃燒過程有自己的特點：氣態(tài)產(chǎn)物：揮發(fā)分V受熱裂解著火燃燒剩余固態(tài)產(chǎn)物：焦炭C加熱著火燃燒供O2燃盡放熱Q煤2. 煤種焦炭的質(zhì)量大約占多少比例焦炭的發(fā)熱量大約占多少比例焦炭的燃燒時間大約占多少比例答： 焦炭占可燃成分的質(zhì)量百分比，%焦炭發(fā)熱量占煤總發(fā)熱量的百分比，%無煙煤95煙煤57-78褐煤5566泥煤30木柴1520n 可見：焦炭（C）無論在煤中的質(zhì)量百分比或燃燒放熱（發(fā)熱量）的百分比都是占主要地位。 n 煤中焦炭量占%，發(fā)熱量占66

39、-95%。n 焦炭燃燒是異相化學反應，反應速度慢。焦炭燃燒的時間約占全部燃燒時間的90%，也就是說，揮發(fā)分燃燒時間僅約10%。這也說明了焦炭燃燒比氣體燃料燃燒要困難的多。n 從提供熱量的角度，焦炭具有主要意義，它提供了大量的熱量。3. 什么叫異相燃燒異相化學反應分為幾個步驟答：異相燃燒是指不同相的物質(zhì)之間發(fā)生的燃燒反應。通常氣固異相反應包括如下步驟： 第一步：O2必須通過擴散到達碳的表面，并被碳表面吸附第二步：在碳表面上進行碳氧反應，并生成反應產(chǎn)物第三步：反應產(chǎn)物從碳的表面上脫離（解吸），并從碳表面向外擴散開去4. 焦炭的反應活性跟哪些因素有關答：由于碳晶體邊界與中心的活性不同（鍵能低）邊界反

40、應活性更好?；嫔吓c基面間的活性不同（間隙大）基面間反應活性更好。內(nèi)、外表面積大小不同，活性不同表面積大反應活性更好。所以不同的焦炭其化學反應速度相差甚大。一般密度小孔隙率高（疏松）的焦炭，粒徑小的焦炭（比表面積大，內(nèi)空隙易暴露），反應活性更強。5. 寫出異相化學反應速度的計算式，并結合圖線探討異相化學反應速度隨溫度和質(zhì)量交換系數(shù)的變化規(guī)律。說明，什么是動力燃燒區(qū)什么是擴散燃燒區(qū)什么是過渡燃燒區(qū)當溫度T很高時很大 結論： 此時燃燒反應速度完全決定于擴散（zl）稱為擴散燃燒（區(qū)）（或擴散燃燒控制） 此時，碳表面化學反應很快，2一擴散到碳表面就完全燃燒掉，燃燒決定于2供應的多少，決定于碳表面的2濃

41、度，即為1級反應。 舉例：氣體燃料的擴散火焰中，只要2一到火焰鋒面就很快消耗掉。因此，強化燃燒唯一的辦法就是增加擴散供2，即zl 6. 顆粒直徑、溫度和顆粒與氣流之間的相對速度對燃燒區(qū)域（動力區(qū)、擴散區(qū)）的影響是什么討論： 顆粒直徑0向動力區(qū)移動；當T向擴散區(qū)移動；當相對速度Re 向動力區(qū)移動；7. 簡述碳球燃燒的兩種機理。碳燃燒過程中的氧化反應和氣化反應是什么圖示這兩種反應的反應速度常數(shù)k隨溫度變化的規(guī)律。答：反應機理1：碳和氧氣在中低溫下反應，一次產(chǎn)物是二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳再燃燒生成二氧化碳。反應機理2：在高溫下，碳和二氧化碳發(fā)生氣化反應生成一氧化碳，一氧化碳再在碳球附近燃燒生成二氧化碳。碳燃燒的氧化反應是：4C + 3O2 = 2CO2 + 2CO氣化反應是：C + CO2 = 2CO注意這兩張圖，溫度向右是減小，k隨t減小。8. 為什么說碳的氧化反應是自我促進的，而氣化反應是自我抑制的請圖示。9. 請推導理想碳球燃盡時間與直徑的關系。并根據(jù)其數(shù)學表達式討論，影響碳球燃盡速度的主要因素有哪些如何影響答：一、假設 燃燒反應在擴散區(qū)燃燒，即C球表面O2濃度很低，Cb0碳球表面進行氧化一次反應C+O2=CO2，生成物CO2向外擴散