哈工大能源学院高等燃烧学课件-燃烧理论-1(含绪论)PPT文件格式下载.ppt

1、节能节能高效率，低品位燃料燃烧环保环保低污染（低NOx，SOx，CO2，粉尘，噪音，有毒气体）燃烧火灾防治火灾防治森林，建筑和仓库火灾，矿井防爆几种近代燃烧技术几种近代燃烧技术：氢氧燃烧；超音燃烧；高推重比燃烧；旋流（风）燃烧；流化床燃烧，磁控燃烧；脉动燃烧；催化燃烧；自蔓延燃烧（3）燃烧科学的发展）燃烧科学的发展燃素论燃素论18世纪中叶前燃烧的氧化论燃烧的氧化论Lavosier，Lomonosov（1756-1771）燃烧热力学燃烧热力学Kirshoff，Hess（19世纪）燃烧反应动力学燃烧反应动力学Simonov，Lewis（20世纪初）燃烧学燃烧学Zeldovich，Frank-Kam

2、enetsky，Spalding，Predvoditelev，Khitrin（20世纪30到50年代），Williams化学（反应）流体力学化学（反应）流体力学Von Karmen，钱学森（20世纪60年代），Williams燃烧的计算流体力学燃烧的计算流体力学Spalding，Gosman，Smoot，Swithenbank多相湍流反应流体力学多相湍流反应流体力学周力行燃烧的激光诊断学燃烧的激光诊断学Durst，Bachalo，Adrain二、燃烧是一个学科二、燃烧是一个学科1、燃烧学科的分支、燃烧学科的分支 可控燃烧反应可控燃烧反应 消防燃烧学（不可控反应）消防燃烧学（不可控反应）2、可控

3、燃烧反应、可控燃烧反应燃烧学的研究内容燃烧学的研究内容 强化燃烧反应过程强化燃烧反应过程 燃烧过程的污染控制燃烧过程的污染控制强化燃烧反应过程强化燃烧反应过程目的：单位时间、单位空间高效地烧掉更多目的：单位时间、单位空间高效地烧掉更多 的燃料，放出更多的热量。的燃料，放出更多的热量。主要措施：高反应燃烧室（高温、高压等）高反应燃烧室（高温、高压等）高反应燃料（复合燃料等）高反应燃料（复合燃料等）高反应燃烧技术高反应燃烧技术燃烧过程的污染控制燃烧过程的污染控制目的：控制燃烧过程的污染物质生成和目的：控制燃烧过程的污染物质生成和 排放。如排放。如NOx、SOx、CO、CO2、粉尘等。粉尘等。燃料的

4、预处理主要措施：燃料的预处理 清洁燃烧技术清洁燃烧技术 燃烧产物的净化技术燃烧产物的净化技术主要是清洁燃烧利用，目前主主要是清洁燃烧利用，目前主 要的清洁燃烧方法有以下三类：要的清洁燃烧方法有以下三类：煤的预处理；煤的清洁燃烧技术；燃烧产物的净化处理燃烧产物的净化处理。1、煤的预处理：、煤的预处理：煤在煤在燃烧前进行预处理，使燃烧过燃烧前进行预处理，使燃烧过程不产生污染物或少产生污染物，程不产生污染物或少产生污染物，使煤变成清洁燃料。如：使煤变成清洁燃料。煤的气化；煤的液化；水煤浆燃烧；等等。2、清洁燃烧技术、清洁燃烧技术采用在燃烧过程中控制污染的技术。有采用在燃烧过程中控制污染的技术。有两种

5、方式：两种方式：（1 1）、提高利用效率，减少煤的耗量、提高利用效率，减少煤的耗量以减少污染。以减少污染。采用超临界机组；采用采用 IGCC等联合循环技术。等联合循环技术。（2 2）、低污染燃烧技术。、低污染燃烧技术。循环流化床燃烧技术；低污染煤粉燃烧技术；其它低污染燃烧技术。3、燃烧产物的净化处理、燃烧产物的净化处理烟气脱硫技术；烟气脱硫技术；烟气脱硝技术；除尘技术。以上三个方面都是国家以上三个方面都是国家“九五九五”、“十五十五”、“十一五十一五”计划的主计划的主要研究内容。要研究内容。1、对煤的预处理、对煤的预处理煤的气化、液化关系到国家的经煤的气化、液化关系到国家的经济命脉和安全，在石

6、油短缺的情济命脉和安全，在石油短缺的情况下是非常重要的，应在引进技况下是非常重要的，应在引进技术的基础上，开展深入的研究，术的基础上，开展深入的研究，提高自主知识产权的技术份额，提高自主知识产权的技术份额，努力实现产业化。努力实现产业化。2 2、清洁燃烧技术、清洁燃烧技术的研究已开展了多年，的研究已开展了多年，取得了很多成果。但是，有些技术与取得了很多成果。但是，有些技术与国外的技术还有很大差距。国外的技术还有很大差距。另外，这个方面的技术成果推广的范另外，这个方面的技术成果推广的范围大，收到的效益大。围大，收到的效益大。应立足于那些通过研究工作，可以尽应立足于那些通过研究工作，可以尽快缩小与

7、国际的差距的技术；以及技快缩小与国际的差距的技术；以及技术水平高，见效快，效益高，产业化术水平高，见效快，效益高，产业化前景好的技术进行研究。前景好的技术进行研究。3、燃烧产物的净化处理、燃烧产物的净化处理目前的重点是烟气脱硫技术，特目前的重点是烟气脱硫技术，特别是适合中国国情的高水平、低别是适合中国国情的高水平、低投资、低成本的脱硫技术。这是投资、低成本的脱硫技术。这是我国洁净煤技术的关键之一。我国洁净煤技术的关键之一。脱硝技术在国内研究已开展，随脱硝技术在国内研究已开展，随着对的要求越来越高，这项技术着对的要求越来越高，这项技术的研究会越来越深入。的研究会越来越深入。燃烧学的背景知识化学热

8、力学化学热力学化学反应动力学化学反应动力学物理学物理学工程热力学工程热力学流体力学流体力学传热学传热学三、燃烧过程的理论模化三、燃烧过程的理论模化1、目的、目的 a.模拟燃烧过程并发展对各种条件下燃烧行为的模拟燃烧过程并发展对各种条件下燃烧行为的 预测；预测；b.帮助解释和理解所观察到的燃烧现象；帮助解释和理解所观察到的燃烧现象；c.取代困难或昂贵的试验；取代困难或昂贵的试验；d.指导燃烧试验的设计；指导燃烧试验的设计；e.有助于确定各独立参数对燃烧过程的影响。有助于确定各独立参数对燃烧过程的影响。燃烧模型的分类：根据燃烧现象的条件分类燃烧模型的分类：根据燃烧现象的条件分类序号序号 燃烧条件燃

9、烧条件燃烧模型分类燃烧模型分类1时间相关性时间相关性稳态、非稳态稳态、非稳态2空间相关性空间相关性一维、二维、三维一维、二维、三维3反应物初始状态反应物初始状态预混、非预混（扩散）预混、非预混（扩散）4流动条件流动条件层流、湍流层流、湍流5反应物的相反应物的相单相、多相单相、多相6反应位置反应位置均相、多相均相、多相7反应速度反应速度化学平衡（快速反应）、有限反应速度化学平衡（快速反应）、有限反应速度8对流条件对流条件自然对流、受迫流动自然对流、受迫流动9可压性可压性不可压、可压不可压、可压10燃烧传播速度燃烧传播速度爆震（超音速）、缓燃（亚音速）爆震（超音速）、缓燃（亚音速）燃烧模型的基本组

10、成燃烧模型的基本组成初始条件初始条件控制方程控制方程1、守恒方程、守恒方程2、输运方程、输运方程边界条件边界条件状态方程状态方程热力学和输运特性热力学和输运特性动力学参数动力学参数经验知识经验知识材料性质和结构特性材料性质和结构特性燃烧模型的控制方程燃烧模型的控制方程1、守恒方程：质量守恒（连续性方程）、守恒方程：质量守恒（连续性方程）动量守恒动量守恒 组分守恒（扩散方程）组分守恒（扩散方程）能量守恒能量守恒2、输运方程：层流、输运方程：层流分子输运分子输运 质量输运（质量输运（Fick定律）：定律）：m=-DdC/dx 动量输运（动量输运（Newton定律）：=-du/dx 能量输运（能量输

11、运（Fourire定律）：q=-dT/dx湍流湍流 湍流微团输运，包括：湍流微团输运，包括：湍流动能的输运；湍流动能耗散率的输运；雷诺应力的输运；概率密度函数的输运；瞬时脉动量的输运。随着湍流模型的发展还会有随着湍流模型的发展还会有 其它物理量输运。其它物理量输运。四、燃烧学的研究内容四、燃烧学的研究内容燃烧学的主要内容：燃烧学的主要内容：燃烧化学燃烧化学化学热力学，化学反应化学热力学，化学反应 动力学动力学燃烧物理学燃烧物理学流动、传热和热力学过程流动、传热和热力学过程燃烧测量燃烧测量燃烧过程的测量技术燃烧过程的测量技术课程内容课程内容燃烧化学基础：化学热力学基础，燃烧化学基础：化学热力学基

12、础，化学反应动力学；化学反应动力学；燃烧物理学：燃烧过程理论模化的基础，燃烧物理学：燃烧过程理论模化的基础，着火灭火理论，着火灭火理论，气体燃料的燃烧，气体燃料的燃烧，液滴的燃烧液滴的燃烧 煤的燃烧基础。煤的燃烧基础。主要参考书：燃烧物理学基础燃烧物理学基础 傅维标，卫景彬主编，傅维标，卫景彬主编，机械工业出版社机械工业出版社燃烧理论与化学流体力学燃烧理论与化学流体力学 周力行主编，周力行主编，科学出版社科学出版社燃烧原理燃烧原理 K.K.肯尼斯著，陈义良译，肯尼斯著，陈义良译，科学出版社科学出版社粉煤燃烧与气化粉煤燃烧与气化 Smoot著，科学出版社著，科学出版社一些说明1、串课的困惑2、方

13、法、目的 1）本科生 掌握一些知识 2）研究生 掌握东西要宽，关键创新。注意别 人创新的动机、方法以及结果。一些说明3、讲授方式 燃烧学发展很迅猛，课程内容很难跟上。采用老师讲授一部分，学生交流一部分的形式。学生自愿报名，做报告者考分基础上加10分，不做者不扣分，也不加分。4、两节课的安排第一章第一章 燃烧化学基础燃烧化学基础 化学热力学及化学反应动力学化学热力学及化学反应动力学燃烧过程燃烧过程 一种化学反应，反应过程中放出大量一种化学反应，反应过程中放出大量 热能。实际上是化学反应的某种状态热能。实际上是化学反应的某种状态 变化。工程上是指燃料中可燃元素与变化。工程上是指燃料中可燃元素与 氧

14、化合产生能量的反应过程。氧化合产生能量的反应过程。燃烧过程的特点：1、反应中放出大量热能；、反应中放出大量热能；2、具有较高的反应速率。、具有较高的反应速率。燃烧化学：化学热力学化学热力学 化学的一个分支。化学的一个分支。利用热力学第一定律（能量守恒定律）研究化利用热力学第一定律（能量守恒定律）研究化 学反应中的能量变化。学反应中的能量变化。能量的变化机理：旧化学键的分裂能量的变化机理：旧化学键的分裂吸收一定的能量；吸收一定的能量；新化学键的建立新化学键的建立放出一定的能量；放出一定的能量；键能的差额键能的差额反应中的能量变化。反应中的能量变化。化学反应动力学化学反应动力学 化学的一个分支。定量地研究化学反应进行的速率及其影响定量地研究化学反应进行的速率及其影响 因素。因素。第一节第一节 化合物的生成焓、反应焓和燃烧热化合物的生成焓、反应焓和燃烧热一、化合物的生成焓一、化合物的生成焓标准生成焓：标准生成焓：二、反二、反应焓定定义：在几种化合物（或元素）相互反应形成生成物时放出 或吸收的能量。焓温温图（HT）任意压力和温度下的反应焓任意压