燃烧学复习重点2014

内容发布更新时间 : 2024/6/16 19:23:07星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 燃烧化学反应动力学基础

1、 什么叫燃烧?

2、 浓度和化学反应速度正确的表达方法?化学反应速度如何计量? 3、 什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应?

4、 质量作用定律的适用范围?如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律?试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。

5、 什么是反应级数?反应级数与反应物浓度(半衰期)之间的关系如何? 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? 7、 试用反应级数的概念,讨论燃尽时间与压力之间的关系。 8、 惰性组分如何影响化学反应速率?

9、 Arrhenius定律的内容是什么?适用范围?如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律? 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? 11、 图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热(吸热)之间的关系。 12、 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? 13、 描述氢原子燃烧的链式反应过程。

14、 试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型,结合编程技术,绘制氢原子浓度随时间变化的图线,解释氢燃烧的几种反应的情况。并讨论:分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度?

15、 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?如何防止烃类燃烧析碳? 16、 图解催化剂对化学反应的作用。

17、 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? 18、 什么是燃料的低位发热量和高位发热量?

19、 试用本章的知识解释,从燃烧学的角度来看,涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么? 20、 过量空气系数(a)与当量比(b)的概念?

21、 燃烧过程中,有几种NOx的生成机理?

第二章 燃烧空气动力学基础——混合与传质

1. 为什么说混合与传质对燃烧过程很重要? 2. 什么是传质?传质的两种基本形式是什么?

3. 什么是“三传”?分子传输定律是怎样表述的?它们的表达式如何?(牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律)

4. 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?

5. 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,以及和周围气体进行传质的Nuzl数。 6. 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。

7. 湍流自由射流的主要特征是什么?图解射流断面上的速度分布相似性。 8. 什么是湍流自由射流中心的动量守恒条件? 9. 自由射流的扩展角与湍流混合强度的关系如何?

10. 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?

11. 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?

12. 根据以下物理模型,推导旋转射流中心线上负压的值。并解释旋转射流中心回流区的形成原理。

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。

13. 什么是旋流强度,其物理意义是什么?旋流强度的计算公式? 14. 图示无扩口、有扩口的强旋转射流流场的主要特征。 15. 图示钝体流场的主要特征。

16. 两股平行射流湍流混合的强弱取决于那些因素?这些因素主要决定了哪些重要的物理过程?

17. 两股相交射流湍流混合的强弱取决于那些因素?

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?

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料的物

性常数?

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。 4. 什么是着火的孕育时间?请图示。

5. 图示着火温度与燃料空气混合物的浓度(过量空气系数α)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,如何防范瓦斯爆炸?

6. 什么叫强迫着火?请图示热壁面强迫点燃的临界条件,并解释其物理意义是什么?

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。

8. 燃用高活性的褐煤的锅炉中,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。

9. 10. 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? 10. 11. 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。

11. 使用编程语言求解常微分方程的方法,求解零维系统自燃问题: 1)求解对象:系统热平衡方程

k0——频率因子,初值取100.0 E——活化能,初值取1.E5 R——气体常数,初值取8.314

C——可燃混合物中反应物浓度,初值取1.0 n——反应级数,初值取1.0 V——容器体积,初值取1.0

Q——可燃混合物的燃烧热,初值取2.E7

T——容器内可燃混合物温度,初值取与T0相等的数值。 h——散热系数,初值取5.0 S——容器壁散热面积,初值取6.0

T0——容器壁温度,初值取800.0

定解条件:t=0时,T=T0。以上方程描述了一个零维系统的温度从t=0开始随时间变化的过程。 a)使用在第一章已经介绍过的Euler法,求解上述定解条件下的常微分方程,获得系统温度T随时间t的变化曲线。

b)分别令系统初温T0=300、400、500、600、700、800、900、1000、1100(其他参数不变),获得不同初始温度下的系统升温曲线,并讨论系统初温对热自燃过程的影响。

c)分别令散热系数h=1.0~10.0(T0保持800K),获得不同初始温度下的系统升温曲线,并讨论散热系数对热自燃过程的影响。

2)【自选作业】以上方程没有考虑燃料浓度随反应进程的变化,也没有考虑氧气浓度的影响,假定燃烧反应的化学平衡式为,考虑了以上两个因素的控制方程可以改写成以下形式

定解条件:t=0时,T=T0,CF,0=1.0 ,CO2,0=1.0。

a)求解上述定解条件下的常微分方程,获得系统温度T随时间t的变化曲线。

b)求解不同燃料和氧气配比情况下的系统温度T随时间t的变化曲线。即,保持燃料和氧气的初始浓度CF,0+CO2,0=2.0,分别令CF,0=0.1~1.9,CO2,0=2.0-CF,0,并根据这一组求解结果讨论发生热自燃的燃料浓度限问题。

c)变化系统初始温度T0、散热系数h,可以绘制出一组横坐标为燃料初始浓度,纵坐标为系统热自燃温度的U形曲线图。

重要提示:由于使用Euler法求解燃料浓度CF和氧浓度CO2的时候,可能出现浓度数值减少到负值从而使得求解结果变得不合理的情况。因此必须在程序里面限定,一旦浓度的数值CF≤0或CO2≤0,则强行令CF=0或CO2=0。

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