工程燃烧学复习卷子docx.docx
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工程燃烧学复习卷子docx
第一早
1、什么是燃烧？
燃烧涉及哪些物理化学过程？
燃烧是一种同吋伴有放热和发光效应的激烈的氧化反应。
涉及物理过程：
质量传递、气流运动、组分扩散、能量传递、相变、压力变化等
涉及化学过程：
反应机理、反应速度、反应程度、燃烧产物的生成与控制等
2、燃烧哪些是有利的，哪些是不利的？
（1）动力工程
（2）材料生产、工业供热
（3）家庭供热
（4）安全与火灾
（5）燃烧对环境的污染，有害气体、温室气体、烟尘等前三者是有利的，后两者是不利的
3、工业燃烧工程师需要解决哪些问题？
针对不同燃料的特性提出合理的燃烧方法
根据生产工艺的具体要求研究和设计特殊性能的新型燃烧装置研究和设计高效节能型燃烧装置
研究低噪声、低污染的燃烧技术
为计算机控制的工业燃烧过程提供数学模型
4、工业燃烧工程师需要解决哪些问题？
针对不同燃料的特性提出合理的燃烧方法
根据牛产工艺的具体要求研究和设计特殊性能的新型燃烧装置研究和设计高效节能型燃烧装置
研究低噪声、低污染的燃烧技术
为计算机控制的工业燃烧过程提供数学模型贫煤、（贫瘦煤）、瘦煤、焦煤、肥煤、（1/3焦煤、气肥煤）、气煤、（1/2中粘煤）、弱粘煤、不粘煤、长焰煤在干燥无灰基挥发分Vdaf>=10的前提下
5、
煤可以分为哪些小类，分类的依据是什么?
以反映粘结性的几个指标（粘结指数GR.I.,胶质层最大厚度Y和奥一阿膨胀度b）对烟煤进行细分
当粘结指数GR.I.<=85时，用Vdaf和GR.I.来分类。
当粘结指数GR.I.>85时,用Vdaf和Y或用Vdaf和b值来分类。
如按b值和Y值划分类别有矛盾时，以Y值划分的类别为准
6、煤的成分表示方法和转换关系
应用基（也称收到基）表示方法，用下角标ar
Car%4-Har%+Oar%4-Nar%+Sar%4-Aar%+War%=100%干燥基表示方法，用下角标d
Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%=100%可燃基（也称干燥无灰基）表示方法，用下角标dafCdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%=100%
7、煤中的水分有哪些？
工业分析中的水分包括哪些？
外部水分：
不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水
在大气中自然风干后即可去除
内部水分：
被煤粒内部毛细孔吸附的水分，在内部均匀分布自然风干不能去除，在105〜llOoC加热后去除
化合水：
矿物杂质的矿物结晶水，在200〜500oC加热后去除
热解水：
有机质屮的氢和氧在干镭或燃烧后形成的水
工业分析的水分包括前两种，称为全水分
8、什么叫干馅？
干馅时如何实现对空气的隔绝？
•在隔绝空气条件下进行加热，称为干憾
•一般是往加热炉内通入N2等惰性气体来实现对空气的隔绝。
主要起着避免氧化的作用。
9、工业分析中是如何确定W、V、F、A的含量？
•W：
在HOoC加热前后测量煤样质量，减少量即为水分量。
除以煤初始质量即得水分百分含量
•V：
在850oC干憾前后测量干燥煤样质量，减少量即为挥发分质量。
除以煤初始质量即得挥发分百分含量
•F：
测量燃烧前后焦块质量，减少量即为固定碳质量，除以煤初始质量即得固定碳百分含量
•A：
燃烧后剩下的即为灰分，测量其质量，除以煤初始质量即得灰分的百分含量。
10、标准煤的发热量是多少？
具体煤如何确定其发热量？
•1kg标准煤的低位发热量是
-7000大卡=7000kcal=29.271MJ
•具体煤的发热量可用氧弹量热计肓接测定
•具体煤的发热量可应用工业分析值计算
•具体煤的发热量还可应用元素分析值计算
11、用堆竭法是如何确定粘结序数的？
•干憾后将焦炭外形分为七个等级，称为粘结序数，来表示煤的粘结性
1—焦炭残留物均为粉末
2—残留物粘着，手轻压成粉末
3—残留物粘结，手轻压碎成小块
4—不融化粘结，手指用力压裂成小块
5—不膨胀融化粘结，成浅平饼状，表面有银白色金属光泽
6—膨胀融化粘结，表面银白色金属光泽，高度不超15mm
7—膨胀融化粘结，表面银H色金属光泽，高度大于15mm
第二章
1、为什么说石油是“工业的血液”？
•优质动力原料
•汽车内燃机车飞机轮船导弹火箭润滑油
•从石油屮可提取几百种有用物质，是石油化工的基本原料塑料合成纤维橡胶洗涤剂染料医药农药炸药和化肥等等
•石油化工产品儿乎能用于所有的工业部门，现代化工业离不开石油，就像人体离不开血液一样。
2、什么是石油加工的蒸饱法？
•石油的蒸憾就是，将原油加热，按原油中各种组分沸点不同，将其分割为多个沸点范围（憾分）而提取出来的方法
3、裂解法炼油过程所需压力是多少个大气压？
•裂解法温度多在400〜600oC,压力为1〜1.5MPa甚至4〜7MPa
•因此裂解法的压力大约是10〜15个大气压，甚至40〜70个大气压
4、常温常压下烷桂的相态跟碳原子数的关系？
•烷烙
分子中含1〜4个C呈气态；
分子屮含5〜16个C呈液态；
分子中含17个C以上为固态
5、90#汽油中辛烷的含量是90%,对吗？
为什么？
•不对。
•90#汽油指该汽油的抗爆震性能与含异辛烷体积百分数为90%的标准燃料相同
•该标准燃料由异辛烷和正庚烷混合而成
6、使用柴油是不是十六烷值越高越好，为什么？
•不是越高越好，十六烷值以40-55为宜
•但当十六烷值高于6513寸，会由于滞燃期太短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分坯类热分解而产生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降。
7、汽油、柴油、重油的牌号分别代表什么含义？
•汽油的牌号有90#、93#、97#,其牌号数值就对应表示其辛烷值。
•柴油牌号有10#、0#>—10#、一20#、一35#、一50#,其牌号数值对应表示其凝结点温度值。
•重油牌号有20扒60#、100#>200#,牌号数值对应表示其在50oC时恩式粘度值
8、五么叫&油的闪点、燃点、着火点？
•油蒸汽遇到点火小火焰发生一闪即灭的现象吋（闪燃），对应的油温称为闪点
•温度继续升高，油蒸汽遇到小火源后能够持续燃烧而不熄灭，对应的油温称为燃点
•温度进一步升高，在没有外火源的情况下，油蒸汽自发形成燃烧（称为自燃），此吋对应的油温称为着火点（或自燃点）
粘度越大流动性越
.二广C时200加油流出时间"一20"C时200〃〃水流出时间
9、什么是粘度，恩式粘度？
如何降低重油粘度？
•粘度是表示流体质点间摩擦力大小的一个物理指标。
•恩式粘度定义如下，用恩格拉粘度计可测量其数值
•采用加热的方法可降低重油的粘度
10、煤转油涉及哪些环境资源因素？
•制成1吨油需要3〜4吨优质煤，8〜9吨水
•以一种稀缺资源去替代另一种稀缺资源没有前途；另外我国产煤的地方往往水资源也不丰富
•与直接燃烧相比，煤液化可以减少二氧化硫和粉尘的排放。
•但煤液化生产过程中释放的二氧化碳，相当于传统油品制造过程释放量的7倍到10倍；煤炭制成的油品在使用过程中，所产生的二氧化碳也相当于后者的两倍
第三章
1、气体燃料有什么优点?
•气体燃料的燃烧过程最容易控制，也最容易实现自动调节
•气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃烧温度，有利于节约燃料，降低能耗
•气体燃料在冶金工业的燃料平衡中占有重要地位。
•2、工业上生成和使用的人造气体燃料有哪些？
•炼铁产生的高炉煤气
•炼焦产生的焦炉煤气
•转炉炼钢产生的转炉煤气
•煤气化产牛的发牛炉煤气
•重油大分子量碳氢化合物分解产生的重油裂化气
•3、具有毒性的煤气成分有哪些？
•有：
硫化氢（H2S）、氧化氢（氧氢酸HCN）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、氨气（NH3）、苯（C6H6）
•硫化氢（H2S）体积百分数达0.1〜0.2可短时间内置人死亡，一氧化碳（CO）体积百分数达0.5〜1.0可短时间内置人死亡
4、煤气中的各气体其干成分数值大还是湿成分数值大？
湿成分如何换算成
干成分？
•干成分的数值比湿成分的数值大
•换算关系如下：
（X%力
（X%）/
100
100-（比0）“，
5、已知50oC时饱和蒸汽为1234Pa,平衡状态空气中的水蒸气含量是多少?
•水蒸气体积百分数如下
气体燃料的发热量如何确定?
•
（1）由容克式量热计直接测定
•
（2）按各成分气体发热量之和计算,
HQ%=Ps=12345=12.18%
-£1.013X105
查附表3获得各成分气体的发热量
7、
我国车间允许的最高CO浓度为30mg/m3,度是多少？
（空气在20oC时密度1.205kg/m3）Q&=CO°/oxQco+CH4%xQch^
+H2%xQh^+
8、发生炉煤气有哪儿种？
20oC时对应允许的体积浓
（CO%）V=Vco=mco'Pair
%%
=mC0/Vlotal=kg/m3
Pair1.205焰/"
=0.00249%
•根据气化剂和气化过程的不同，将发生炉煤气分为三种
-空气发生炉煤气，空气为气化剂（气化温度高、热量低）
-水煤气，水蒸气为气化剂（热量高，但制造工艺和设备要求复杂）-混合发生炉煤气，空气中加入适量水蒸气为气化剂（避免上两种的
缺点，最常用），也简称发生炉煤气
9、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气的发热量对比情况如何?
•高炉煤气的发热量最低（4000kJ/m3左右），发生炉煤气其次（6000kJ/m3左右），焦炉煤气发热量最大（16000kJ/m3左右）
•常将焦炉煤气与高炉煤气或发生炉煤气配比成混合煤气（发热量约
8000kJ/m3）
•转炉煤气发热量比配比的混合煤气的略低（7000kJ/m3左右）第四章
1、固体或液体用C、H、O、N、S、A、W表示时，1kg燃料燃烧的理论氧气需要量如何表示？
GO,02=（8C/3+8H—O+S）/100（kg）
•C+O2=CO2C：
0=12：
32
•4H+O2=2H2O
H：
0=4：
32
•S+O2=SO2
S：
0=32：
32
=A”孰+2的~x
1
100
4、已知可燃气体成分为CO%+H2%+CH4%+CO2%+02%=100%,lm3可燃气体的理论氧气需要量L0,O2?
厶0,。
2
A”孰+2的-。
」
1
100
5、1kg固体燃料燃烧，当n>l时产物中氧气、氮气、水蒸汽的生成量VO2、VN2、VH2O是多少？
•0要考虑过量空气，N要考虑燃料中N和空气中N,H20要考虑燃料中21T、W和空气中水蒸气
%=而（小）
V一型.旦+丝厶恥28100100“
22.4H22.4W7,
Vfjn=1ZoZ）*Ln
2°2100181002。
”
h2o
n>l时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何理解?
匕=co+丹2+2（"+-）CnHm+2H2S+CO2+N2+H2O
2
100100Il2°“
（"/龙燃料）
1.等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧后所形成的烟气量,燃料中02已经和可燃成分反应不用再考虑
2.右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩余的氧气），仍在烟气中
3.右边第三项是所有空气所带的水蒸气
7、
为什么说用体积Vn来表示燃烧产物生成量不够科学?
8、
•因为体积是随温度变化的，在烟气中温度越高体积越大。
由于Vn表达式
中用燃料的成分体积来表示，这就意味着Vn代表的烟气必须是跟初始燃料处在相同温度压力下
•但一般而言烟气和初始燃料的温度压力状态是不同的，另外如果在冷态条
件下，烟气中的饱和水蒸气量将很少，不能将水都计为气体，只有在100oC
以上才全部是气态
•更科学的方法应该用mol数或质量
n（匕）嘶=（K）„++1.88VH2.+9.52VW.
2、已知理论氧气质量需要量GO,（）2,如何计算理论氧气体积需要量L0Q2?
•先计算氧气的密度，按标准状态计算
•密度二32/22.4=1.429（kg/m3）,因此
•L0,O2=G0,O2/1.429（m3）
（匕）
uncomp
100+1.88CO41・88丹249.52CHJ
100
3、已知可燃气体成分为CO%+H2%+CH4%+CO2%+02%=100%,lm3可燃气体的理论氧气需要量L0,O2T
么相对于完全燃烧，产物生成量的变化是多少?
CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2
H2+0.502+1,88N2=H2O+1.88N2
CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2
第七章
1、燃烧过程的定义与分类
定义：
燃烧过程是一种复杂的物理过程和化学过程的综合，它既有流动、扩散、混合等物理现象，又有氧化还原反应，并放出光和热的化学现象。
燃烧过程涉及流体流动过程、传质过程和传热，简称：
三传一反
动量传递（流动）热量传递
质量传递（扩散）化学反应
实质：
燃烧过程的进行主要是受化学动力学影响，还是受扩散因素的影响。
2、燃烧过程分类
•基本分类
（1）动力燃烧（动力学因素控制，预混燃烧、爆炸）：
I反》工扩
（2）扩散燃烧（受流动、扩散和物理混合因素控
制，液体燃料滴/蜡烛/碳粒的燃烧）：
P扩反
（3）屮间燃烧：
介乎两者Z间，I扩与工反相当。
•其他分类
标准
燃烧过程类型
与时间的关系
稳态和非稳态
与空间的关系
一维、二维和三维
初始反应物的混合状态
预混燃烧和非预混燃烧
气体流动状态
层流、紊流和过渡燃烧
按反应物物态
均相和异相燃烧
燃烧波的速度
缓燃（亚音速波）、爆震（超音速波）
按燃料
气体、液体和固体燃料燃烧
3、为什么要掌握和研究气体的混合规律?
实际意义：
1气体的混合在整个燃烧过程起着更为重要的作用;例如有焰燃烧。
2
3•射流分类。
根据射流环境:
射流是大多数工程燃烧混合的主要方式：
除固体燃料有时以块状进行燃烧外,其它燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空间的。
前一章回顾
自由射流与受限射流直流射流与旋转射流
根据射流结构：
平行射流与相交射流
根据射流喷嘴:
根据射流流动:
环形射流与同轴射流
平面射流与圆形射流
层流射流与湍流射流
4•自由射流的定义、流动特征。
A定义：
流体由喷嘴流出到一个足够大的空间后，不再受固体边界限制而继续扩散的一种流动。
A流动特征：
射流气体离开喷口以后，因与外围流体之间有速度差，且有粘性，故产生紊流漩涡层，与外围流体进行动量和质量交换，导致各流动截面上的速度、浓度分布特征发生变化。
6
•根据这些特征，沿射流的前进方向，可将射流分为初始段，过渡段和自模段（充分发展段）
（1）初始段：
核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约4-_5d0o
（2）过渡段：
射流截面上轴向速度分布不断变化直至成为正态相似分布
（3）自模段：
轴向流速呈正态相似分布；x/d0>8-10,射流的
无因次参数分布与x/d°无关。
7
（2）几仏时
Thri隔提出用当量直径dp代替喷口直径d°,喷出的气体密度
为Ps，速度和动量保持恒定（为卩（）和Go）
叫=叫=>0A=%=>久•扌兀（do）2==
"7
非等温射流卷吸量:
8
前一章回顾
•自模段的速度场和温度场的分布
•射流的卷吸量:
%的分布规律:
Cm的分布规律:
=82〜92
&.=54〜57
（1）Po=Ps时，射流卷吸量:
lfJe
加0
4、•同向平行流中的自由射流的定义与流动特征。
定义：
喷入同向平行气流屮的射流，分单股平行射流和多股平行射流。
流动特征：
射流的扩展、轴心速度的衰减和射流核的长度主耍与射流流体和环境流体之间的速度梯度有关。
射流与外流间的速度梯度越大，混合速度就快；相反,混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小，势核长度越大，当二者相等吋，势核贯穿整个流场
影响因素：
（1）流速比2、密度
5、外围环状射流与中心射流是如何相互影响的？
随着入的增大（外围流速越大），势核长度越来越小，中心射流速度衰减变快，最后被环流吸收。
随着中心流速的增人（入减小），环形射流势核逐渐减小，速度衰减变快，直到环形射流被屮心射流完全吸收。
第八章
一、基本概念
mol/cm3
1、浓度表示法：
摩尔浓度：
单位体积所含某物质的摩尔数。
质量浓度：
单位体积所含某物质的质量。
g/cm3
摩尔相对浓度：
某物质的摩尔数与同一体积屮各物质的总摩尔数Z比。
质量相对浓度：
某物质的质量与同一体积中各物质的总质量之比。
《工程燃烧学》一第八章
§8.1化学反应速度
A例题
L例」在常压、27'C下，巳剂空气的庾蚩侬哎他=1・177X1（T
（g•cm-3）且人2=0・232佩"768（忽略空气其它气体），试求出
空气中僦伽、Co2、Cn2、X°2、XN2各物理量的值。
［解］
①求如、即25邈
：
伽=仏・m=0・232X1.177X10—3=0.273X10"3（g•cm"3）
Q2=/n2•P空=0・768X1.177X10^=0.904XlQ-3（g•cmT
27
《工稈燃烧学》一第八章
Ps=mg
r_Po2_0・273XKT，
臥-~~32
=&53XRY
0.904X10"3
28
=3.23XIO-5
（mol•cm*-3）
③求X°2、Xn2
VCoz
&53X10"
Coz+Cn2
G>2+Cn?
8.53XlOY+3.23X10"5
3・23XKT。
8.53X1O-6+3.2Tx10_j
=0.21
28
2、化学反应的种类
简单反应：
由反应物经一步反应直接生成产物的反应.
复杂反应：
要经过生成中间产物的许多反应步骤来完成的反应，其中每一步反应称为一个基元反应.
（1）可逆反应
aA+bB=cC+dD
（2）平行反应
aA
bB+cC
dD+eE
（3）串联反应
（4）共铤反应
aA—►JbB+crC
»2aA—►bB+c/DaA+cC―►dD
（5）链式反应
3、化学反应速度的表示法
（1）定义：
是指单位时间内由于化学反应而使反应物质（或产物）的浓度改变
的速率。
w=+竺dC
平均速度—Ar瞬时速度W=±—mol/m3.s
（2）质量作用定律dT
质量作用定律是Guklberg和W轡于1867年提出来的0它表述为:
对于单相化学反应，在温度不变的条件下，任何瞬间的化学反应速度
与该瞬间的参加反应的反应物浓度的幕次方的乘积成正比，而各反应
物浓度的方次即为化学反应式中各反应物的分子数。
对于反应ciA+bB二cC+dD,化学反应速度可表示为:
炉=（号）=©.鳥
式中k-化学反应速度常数9其大小直接取决于反应温度及反应物的物理化学性质，其单位与反应级数有关；
a、b-等于化学反应中相应物质的摩尔数，而a+b=n,称为反应级数。
对于简单反应，反应级数为反应式中各反应物浓度项的指数之和；对于复杂反应，则需由实验来确定。
⑴对于一级反应（n=l）：
反应速度只与反应物浓度的一次方成正比。
⑵对于二级反应（n=2）
①反应物只有一种，或CA=CB的情况
②反应物有两种的情况⑶n级反应：
w=_d£
2
dr
一些燃料在空气中燃烧时的反应级数
燃料
煤气
轻油
重油
煤粉
反应级数
«2
1.5-2
«1
«1
化学反应速度与各反应物质的浓度、温度、压力以及各物质的物理化学性质有关。
4、影响化学反应速度的主要因素
1.浓度对化学反应速度的影响
根据质量作用定律，反应速度与各反应物质浓度成正比，其中浓度的方次为各反应物质的分子数。
可知：
浓度越大，反应速度越快。
原因：
燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞时，反应才能发生。
浓度越大，即分子数目越多，分子间发生碰撞的几率越大。
2•温度对化学反应速度的影响
（1）Van9!
Hoff规则：
历史上最早提出反应速度与温度的关系（1884）。
根据实验总结出一条近似规则，温度每升高10K,反应速度大约增加2・4倍
（2）阿伦尼乌斯定律：
瑞典物理化学家（1889年）提出，建立在分子碰撞理论之上。
阿累尼乌斯通过大量的实验与理论验证，总结出化学反应速度与反应温度的关系，有如下三种表达方式：
（7（lnA-）EdT~RT2
注意：
适于基元反应。
E
+111kQ
第九章
1、着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达到激烈的燃烧反应的一段过程。
着火分类：
自燃：
可燃物在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧。
（1）热自燃：
可燃物因被预先均匀加热而产生的着火；
（2）化学自燃：
可燃物在常温下因自身的化学反应所产生的热量造成的着火。
点燃：
由于从外部能源（如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等）得到了能量，致使可燃物局部受到强烈加热而着火，然后燃烧传播到整个可燃物中。
简言之：
火焰的局部引发及其相继的传播。
也称“强制着火”、“引燃覽
注意：
上述着火方式，并不能恰当地反映出它们之间的联系与差别。
例如化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体和局部的加热不同，决不是“主动”和“受迫”的差别。
所谓的“自燃”、“点燃”“爆炸”实质是相同的，都是其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速，只是在不同场合下的叫法不同而已。
2、着火条件
是如果在一定的前始条件下，系统将不能在整个I］寸间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就是着火条件。
Ws反应速度
3、注意:
（1）系统达到着火条件，并不意味着已经着火，而只是系统具备了着火条件；
（2）着火条件是就系统的初态而言的，图中横坐标不是代表反应进行的温度，而是系统的初始温度。
（3）着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力学和流体力学参数的综合体现。
对一定种类的可燃预混气而言，在封闭条件下，其着火条件可由下列函
数关系式表示:
着火条件的函数表达式:
只么兀）=0
T0・■环境温度；h■•对流换热系数；p-预混气压力；d・•容器直径;uoo・・环境气流速度
4、电火花引燃
电火花点火的机理：
一是着火的热理论，它把电火花看作为一个外加的高温热源
二是着火的电理论，火花部分的放电气体被电离而形成活性中心，提供
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