燃燒中的化學(xué)熱力學(xué)及燃燒化學(xué)問題

1、燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)燃燒學(xué)課件第一章 燃燒中的化學(xué)熱力學(xué) 及燃燒化學(xué)問題 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Com

2、bustion and Environmental Technology (CCET)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)第一章 燃燒中的化學(xué)熱力學(xué) 及燃燒化學(xué)問題 概述燃燒中的化學(xué)熱力學(xué) 化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)換燃燒空氣量與燃燒產(chǎn)物的計(jì)算絕熱燃燒火焰溫度的計(jì)算燃燒的反應(yīng)速度熱爆燃理論及其局限性鏈反應(yīng)烴類燃料的燃燒燃燒與環(huán)境

3、技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)研究燃燒的意義：研究燃燒的意義：人類開始對(duì)火的利用標(biāo)志著人類開始進(jìn)入了有文明的時(shí)代最初認(rèn)識(shí)的燃燒是一種自燃現(xiàn)象。成為賴以生存的工具熏烤野食、取暖御寒、防御野獸。成為創(chuàng)造輝煌文明史的象征（尤其是中華民族）陶器、 瓷器、磚瓦、冶煉（銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代）、火藥。 19世紀(jì)蒸汽機(jī)的出現(xiàn)表征現(xiàn)代社會(huì)的來到。 目前世界的汽車保有量為6億多輛，年產(chǎn)量約6千萬輛。 每一輛汽車都是一臺(tái)流動(dòng)的燃燒設(shè)備 。 我國(guó)汽車保有量為3千萬輛，年產(chǎn)500多萬輛。 概 述燃燒與環(huán)境

4、技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)研究燃燒的意義：研究燃燒的意義： 控制或改善失控的燃燒能源、交通、環(huán)保、是社會(huì)發(fā)展的永恒問題。決不能先污染再治理 。大眾：3L/100km的路波車（Lupo）TDI。1.2L，泵噴嘴，2000bar，三缸，45 kW，140 N m，柴油機(jī)。寶馬：ECO-speedster 1.3L，80kW，660kg ，2.5L/100km，250km/h，風(fēng)阻系數(shù)0.2，碳纖維車身。消防滅火（大興安嶺一把火，伊拉克科威特戰(zhàn)爭(zhēng)608口油井著火，滅火，高科技多國(guó)

5、部隊(duì)）機(jī)械負(fù)荷，熱負(fù)荷。汽油機(jī)的爆震、后燃、早燃。2.全過程電控技術(shù)、前處理、后處理。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)研究燃燒的意義：研究燃燒的意義：減少有害排放物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境（立法：歐1、2、3、4排放限值）NOx、CO、HC、CO2、PM、SO2、可見污染物。世界20個(gè)最污染城市，中國(guó)有10個(gè)。空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。機(jī)動(dòng)車 上海 CO 86% 北京 CO 60% HC 90% HC 86.8% NOx 56% NOx 54.7%排氣比進(jìn)氣干凈汽油、柴油完全燃燒排放約為75

6、（g/MJ） CO2 。3.用石油提煉汽油、柴油產(chǎn)生的CO2為1，則天然氣提煉氫21倍， 煤炭提煉氫32.5倍。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)研究燃燒的意義：研究燃燒的意義：提高能源綜合利用率主要能源：煤、石油、天然氣、石油氣。地球上的煤炭資源約16.8萬億噸，可開采的煤儲(chǔ)量為7600億噸，年總產(chǎn)量約45億噸。我國(guó)原煤年產(chǎn)量約14億噸，占能源生產(chǎn)總量的75%。中國(guó)的石油總資源量為980億噸，可采資源為135億噸，目前探明的量只有28%。我國(guó)原有年產(chǎn)量約2億噸。 200

7、0年進(jìn)口石油6300萬噸，約占當(dāng)年需求量的1/3。 2005年進(jìn)口石油8000萬噸。 2010年1億噸。我國(guó)人均石油資源占世界平均量的1/16。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)研究燃燒的意義：研究燃燒的意義：提高能源綜合利用率天然氣 世界天然氣資源所含能量，大體與石油儲(chǔ)量相當(dāng)。全球總資源量在2.5106億3.5106億m3之間。近年來的年消費(fèi)量約占世界總消費(fèi)量的60%。我國(guó)的天然氣總儲(chǔ)量為3.3105億m3，目前天然氣年產(chǎn)量占能源生產(chǎn)總量的2%。西氣東輸計(jì)劃，2020年

8、達(dá)1000億m3，相當(dāng)于1億噸原油。法國(guó)核發(fā)電占77%。日本、比利時(shí)、瑞典、德國(guó)、韓國(guó)、匈牙利、俄羅斯在30%70%之間。劣質(zhì)燃料，代用燃料的應(yīng)用。 美國(guó)2000年生產(chǎn)乙醇汽油559萬噸，占全國(guó)玉米產(chǎn)量的7%8%。 巴西年產(chǎn)793萬噸，占該國(guó)汽油消耗的1/3。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)要求：要求：認(rèn)識(shí)燃燒現(xiàn)象掌握燃燒機(jī)理完善燃燒設(shè)備提高能源的綜合利用率燃燒中的化學(xué)熱力學(xué)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and

9、Environmental Technology (CCET)何謂燃燒？燃燒是一種急速、劇烈的發(fā)光發(fā)熱的氧化反應(yīng)過程。燃料與氧化劑的制備，形成濃度適中的可燃混合物。高溫（高壓）的外部環(huán)境，形成具有連續(xù)傳播火焰能力的火焰核。急速的燃燒化學(xué)反應(yīng)，釋放能量?；鹧娴膫鞑ァＨ紵a(chǎn)物的生成。燃燒是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，遵循熱力學(xué)第一定律，以自由焓、自由 能的形式表示?；瘜W(xué)家反應(yīng)機(jī)構(gòu)；反應(yīng)速度；反應(yīng)程度等。機(jī)械工程師宏觀機(jī)理規(guī)律；燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)；能源綜合利用率?；瘜W(xué)能和熱能的轉(zhuǎn)換燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Te

10、chnology (CCET)（一）化學(xué)反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系 化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓 hf2980定義：化合物的構(gòu)成元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（25C，0.1MPa）定溫定容或者定溫定壓；經(jīng)化合反應(yīng)生成一個(gè)mol的該化合物的焓的增量（KJ/mol）。 所有元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)生成焓均為零。 如 C O2 CO2 0 0 -393.505 查表1.1 hf2980 393.505（kJ/mol） 負(fù)值為放熱反應(yīng) 如 CO (g) 1/2O2 (g) CO2 (g) 不滿足化合物為構(gòu)成元素之條件 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Enviro

11、nmental Technology (CCET)（一）化學(xué)反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系 反應(yīng)焓 hRT0定義： 在定溫定容或定溫定壓條件下，反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的焓差，為該反應(yīng)物的反應(yīng)焓（kJ）。 各反應(yīng)物及產(chǎn)物的焓值均以其生成焓表示。 例如 甲烷 CH4 2O2 CO2 2H2O -74.89 20 -393.505 2(-85.55) hf2980 -393.505 285.5574.89-890.3（kJ） *在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)生成焓與其反應(yīng)焓相等。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technolog

12、y (CCET)（一）化學(xué)反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系 燃燒焓 hc0定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的燃料（不包括氧化劑）在定溫定容或定溫定壓條件下，燃燒反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)焓之值（kJ/kg）。 燃燒焓是反應(yīng)焓的一種特例（習(xí)慣用負(fù)值）。與燃料的熱值數(shù)值相當(dāng)。燃料熱值有高熱值與低熱值之分，相差一個(gè)燃燒產(chǎn)物中的水的氣化潛熱。 (QP)L= (QP)L-WLW (KJ/kg)工程上，對(duì)固體、液體燃料的熱值習(xí)慣上用kJ/kg，對(duì)氣體燃料的熱值習(xí)慣上用kJ/m3 LW單位質(zhì)量水蒸氣的蒸發(fā)潛熱244.51kJ/kg。 W 冷凝水沉重后之質(zhì)量（kg）。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combus

13、tion and Environmental Technology (CCET)圖13 液體燃料熱值儀燃料熱值的測(cè)試方法燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（一）化學(xué)反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系 燃燒焓工程上認(rèn)為，反應(yīng)焓與反應(yīng)能近似相等，不加區(qū)別，統(tǒng)稱為燃燒焓。 對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單反應(yīng)而言由于燃燒前后mol數(shù)變化甚微，與燃燒焓相比， nRRT也相對(duì)很小。 即 反應(yīng)焓與溫度關(guān)系 燃燒一般不可能在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0.1MPa，298K）進(jìn)行，至少應(yīng)該考慮溫度的影響。若反應(yīng) 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究

14、中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（一）化學(xué)反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系 反應(yīng)焓與溫度關(guān)系 其中hp、 hR分別為產(chǎn)物和反應(yīng)物由標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)到T2時(shí)顯焓的增量。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與平衡常數(shù) 研究反應(yīng)的深度 / 完全度。研究 x %成為產(chǎn)物。 各種反應(yīng)均存在正反兩個(gè)方向的反應(yīng)，為動(dòng)態(tài)平衡過程。仍有A、B反應(yīng)物存在為有限反應(yīng)。 在某種

15、特定條件下（可逆、定溫）處于平衡，即反應(yīng)物的消耗速度與產(chǎn)物的生成速度相等，即各組分濃度不變，并遵循熱力學(xué)第二定律。 按計(jì)量關(guān)系有： 式中：r 化學(xué)反應(yīng)速度 ，表示某物質(zhì)濃度 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與平衡常數(shù) 各化合物的反應(yīng)速度為 正向反應(yīng)速度 kf 正向反應(yīng)速度常數(shù)。逆向反應(yīng)速度 kb 逆向反應(yīng)速度常數(shù)。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Tec

16、hnology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與平衡常數(shù) 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí) 即 引進(jìn)按濃度定義的反應(yīng)平衡常數(shù) 即燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與平衡常數(shù) 定義kp為以分壓定義的反應(yīng)平衡常數(shù)。 由道爾頓分壓定律， 可得： 定義kx為以體積百分比定義的平衡常數(shù)。由平衡常數(shù)定義可得，平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行得越徹底。實(shí)際kc或kp為有限值，即系統(tǒng)中組分的ABCD存在。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combu

17、stion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與平衡常數(shù) 實(shí)際過程中為有限反應(yīng)，且正向反應(yīng)速度一般比逆向反應(yīng)速度快得多。可用反應(yīng)度x表示系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物能有效變?yōu)楫a(chǎn)物得程度。 化學(xué)平衡與自由焓 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自發(fā)的實(shí)現(xiàn)的過程都是不可逆的，它只能向單一方向變化，并且可以用工質(zhì)和它有關(guān)周圍物質(zhì)兩者熵的和總是增大來表示，即 在化學(xué)反映過程中，系統(tǒng)所作的功，除了依靠系統(tǒng)的容積變化對(duì)外界作出膨脹功外，還可以作有用功（如發(fā)光，產(chǎn)生電流等）。據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得到： 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for C

18、ombustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與自由焓 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，系統(tǒng)熵的變化為 。上式用于可逆過程時(shí)取等號(hào)，而用于不可逆過程時(shí)用不等號(hào)。定壓 定容 即化學(xué)反應(yīng)過程的有用功為： 在定溫定壓反應(yīng)中，反應(yīng)系統(tǒng)和外界的壓力相等且保持定值。故過程中系統(tǒng)所作的膨脹功 。又因?yàn)橄到y(tǒng)溫度為定值 ，故。代入式（*） 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與自由焓 因H、T、s為狀態(tài)常數(shù)，

19、故H -Ts也為狀態(tài)參數(shù)。定義為自由焓，也稱Gibbs函數(shù)，記做g。 于是為定溫定壓反應(yīng)時(shí)，其有用功可表示為：即有用功等于或小于反應(yīng)自由焓的減少。當(dāng)定溫定壓反應(yīng)過程為可逆過程時(shí)，系統(tǒng)將作出最大有用功。及 同理，再定溫定容中，式中f 稱為自由能，或稱Helmhotly函數(shù)。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)平衡與自由焓 及 ， 為化學(xué)平衡。定義標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由焓 自由焓與壓力變化關(guān)系（平衡狀態(tài)） 定溫： ， 積分 。 焓與生成焓僅是溫度的單一函數(shù)，而自由

20、焓與P、T有關(guān)。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程自由焓與溫度的變化關(guān)系 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程自由焓與溫度的變化關(guān)系 GibbsHelmhotly方程的另一表達(dá)形式為： 當(dāng)壓力不變時(shí)： 又 故 即 以上公式說明在等壓情況下，自由焓的變化可用該過程的焓的變化h來表示 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)

21、研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程平衡常數(shù)kp與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由焓定義 由化合物的構(gòu)成元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下經(jīng)化合反應(yīng)生成1mol的該化合物時(shí)的自由焓增量。人為規(guī)定元素的生成自由焓為零。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：實(shí)際狀態(tài)： 差異： 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程平衡常數(shù)kp與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由焓* 若為定溫定壓反應(yīng)， aA bB cC dD則在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)系統(tǒng)的自由焓變化為

22、： 若各元素分壓： 當(dāng) 時(shí)， 為常數(shù)。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程平衡常數(shù)kp與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由焓 當(dāng)溫度一定時(shí)， ，且化學(xué)平衡時(shí) 只要反應(yīng)穩(wěn)定一定，kp有確定值。反之，根據(jù)反應(yīng)溫度下的kp ，可以確定各組分分壓。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程反應(yīng)度（平衡狀態(tài)）aA bB ( 1 ) (Aa bB) ( c

23、C D) 平衡時(shí)各化合物的數(shù)量關(guān)系滿足下式： 各化合物的mol%： 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)（二）化學(xué)反應(yīng)過程反應(yīng)度（平衡狀態(tài)） ,查表13。 五個(gè)未知數(shù)，五個(gè)方程可解。 為單位體積的mol數(shù)。正逆的反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)： 。 1.2 燃燒所需空氣量與燃燒產(chǎn)物 過量空氣系數(shù) 燃燒1kg燃料，實(shí)際提供空氣量/ 理論所需空氣量 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technol

24、ogy (CCET)1.2 燃燒所需空氣量與燃燒產(chǎn)物 濃度（燃空比） ，一定體積混合氣中的 燃料重量/ 空氣重量化學(xué)計(jì)量濃度 系數(shù) 時(shí)的濃度。 柴油 ，汽油 。 當(dāng)量比 其中，C實(shí)際濃度，Cst理論濃度。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.2 燃燒所需空氣量與燃燒產(chǎn)物 當(dāng)量比 對(duì)碳?xì)浠衔锶剂螩uHv，按分子式計(jì)算有： 富氧， , 缺氧， , 式中m ，n分別為CO2、CO的摩爾數(shù)。根據(jù)反應(yīng)前后元素的原子數(shù)不變的原則，有： 碳原子平衡，u = m + n 氧原子平衡，

25、 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.2 燃燒所需空氣量與燃燒產(chǎn)物 當(dāng)量比 由上兩式可得： 1.3 絕熱燃燒火焰溫度計(jì)算 不考慮化學(xué)平衡絕熱等壓過程的化學(xué)反應(yīng)，放出的全部熱量會(huì)全部用于提高產(chǎn)物的溫度。 1 （100%）： 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.3 絕熱燃燒火焰溫度計(jì)算（不考慮化學(xué)平衡） 三效催化轉(zhuǎn)化器，可以同時(shí)凈化汽油機(jī)排氣中的3中

26、主要污染物CO、HC和NOx，其主要化學(xué)反應(yīng)如下， 1CO和HC的氧化反應(yīng) 2NO的還原反應(yīng) 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.3 絕熱燃燒火焰溫度計(jì)算（不考慮化學(xué)平衡） 三效催化轉(zhuǎn)化器同時(shí)降低三種排氣污染物的效果只有在汽油機(jī)化學(xué)當(dāng)量燃燒時(shí)才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镹Ox在催化器中還原需要H2、CO和HC等作為還原劑?？諝膺^量時(shí)，這些還原劑首先和氧反應(yīng)，所以NOx的還原反應(yīng)就不能進(jìn)行；空氣不足時(shí)，CO和HC則不能被完全氧化。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center

27、 for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.3 絕熱燃燒火焰溫度計(jì)算（不考慮化學(xué)平衡） 傳感器 式中： 按照spindt（施賓特）方法計(jì)算出的過量空氣系數(shù)； 為CO、CO2、O2、HC在排氣中的摩爾分?jǐn)?shù)； 在燃料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.3 絕熱燃燒火焰溫度計(jì)算（不考慮化學(xué)平衡） 等壓燃燒熱-Hc已知， 當(dāng)a=1時(shí)，Tf為火焰溫度。當(dāng)a1時(shí),Tf為產(chǎn)物平均溫度。 考慮化學(xué)平衡（ 1時(shí)

28、，積分 故 m為斜率，由此求得 n、kn 。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.4 燃燒的反應(yīng)速度反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)分子數(shù) 當(dāng)n=1時(shí)，積分 或 考古學(xué)家，在不確定文物的年代時(shí)，根據(jù)物質(zhì)的特性，采用半衰期法，即燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.4 燃燒的反應(yīng)速度Arrhenius定律 Arrhenius發(fā)現(xiàn) kn 隨T增加而增大， kn= f(T)

29、，提出了著名的定律經(jīng)驗(yàn)公式: 式中： 頻率因子（分子間碰撞的頻率）； 概率因子；E活化能；T溫度。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.4 燃燒的反應(yīng)速度Arrhenius定律 建立在分子碰撞和活化能理論基礎(chǔ)上，當(dāng) ， 。即所有分子能達(dá)到其活化能。BcltzmannMaxwall分子碰撞理論，與其結(jié)果完全吻合。理論是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)中得到了論證。1.5 熱爆炸理論及其局限性分子碰撞理論與Arrhenius定律屬熱爆炸理論。何謂熱爆炸？反應(yīng)物在一定溫度傳熱系統(tǒng)中，

30、分子碰撞使部分分子完成放熱反應(yīng)，放出的燃燒熱提高反應(yīng)系統(tǒng)中的溫度，從而加速反應(yīng)速度。 反應(yīng)系統(tǒng)處于一種正反饋的加熱、加速反應(yīng)過程。當(dāng)反應(yīng)速度趨于無窮大，就產(chǎn)生爆炸。 燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.5 熱爆炸理論及其局限性只是描述了過程的始末，沒有涉及其所經(jīng)歷的過程。燃燒和爆炸是一步完成的。熱爆炸理論對(duì)于許多反應(yīng)、燃燒現(xiàn)象無法解釋，有其局限性。如燃燒半島、倒S圖（見下頁(yè)）無法解釋。溫度一定， (PIPII) 能燃燒 P (PIIPIII) 不能燃燒 P PIII 能

31、燃燒存在復(fù)雜的中間反應(yīng)，即在某種條件下出現(xiàn)了反應(yīng)的抑制、中斷現(xiàn)象。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.5 鏈反應(yīng) 實(shí)際的反應(yīng)很快，經(jīng)歷一系列復(fù)雜的中間反應(yīng)過程。整個(gè)反應(yīng)由若干相繼發(fā)生或相繼平行發(fā)生的基元反應(yīng)組成。每一步基元反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以上的活化中心與下一步的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)成幾何級(jí)數(shù)“繁殖”。有直鏈反應(yīng)和分支反應(yīng)之分，經(jīng)歷引發(fā)、傳播、抑制、中斷過程。化學(xué)家的事 直鏈反應(yīng)在反應(yīng)過程中每一步反應(yīng)只產(chǎn)生一個(gè)活化中心，與下一步反應(yīng)物作用，周而復(fù)始進(jìn)行。由于隨時(shí)可能出現(xiàn)中斷，且反應(yīng)速度極慢。如溴化氫的生成 為特例，求出 ，一般只有經(jīng)實(shí)驗(yàn)室來確定。燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)1.5