第一章導論、化學熱力學與化學反應動力學基礎1.1導論1.2化學反應速率1.3鏈式反應1.2化學反應速率1.2.1定義1.2.2質量作用定律1.2.3對化學反應速率影響的各種因素

①濃度（質量作用定律）②溫度（阿累尼烏斯定律）③壓力④催化劑活化能反應級數濃度與反應時間關系半衰期時間與初始濃度關系反應速度與壓力、反應級數關系燃盡時間與壓力、反應級數關系④、催化劑對化學反應速度的影響1、催化劑及其特性催化劑：極大的改變的物質；在反應前后質量組成都不變；催化劑促進——正催化劑催化劑減慢——負催化劑（抗衰劑、緩蝕劑、阻燃劑）催化劑降低了活化能（E），初態(tài)、終態(tài)不變化。熱力學中確定可以進行的反應，催化劑可以提高化學反應速率。④、催化劑對化學反應速度的影響催化劑特性：①用量很少，自身活性很強，促使反應物活化。②反應前后質量、組成均不變化學反應的前后始態(tài)、終態(tài)不變③催化劑有很強的選擇性Ⅰ、不同類型的反應，有不同的催化劑Ⅱ、同一個反應物反應，不同的催化劑有不同的反應方向④催化劑中毒：有少量雜質：Ⅰ、助催化；Ⅱ、中毒，活性下降，甚至失去選擇性。④、催化劑對化學反應速度的影響例子：反應物催化劑催化條件生成物CO+H2CuO/ZnO30Mpa,264℃CH3OHFe2Mpa,200℃烷烴、烯烴（合成油）Ni常壓,250℃甲烷Ru15Mpa,150℃固體石蠟酒精（C2H5OH）濃H2SO4140℃乙醚濃H2SO4或Al2O3170℃乙烯Cu200℃～250℃乙醛ZnO,Cr2O3400℃～500℃丁二烯④、催化劑對化學反應速度的影響2、單相催化和多相催化催化劑與反應物同相，稱為單相催化物催化劑與反應物異相，稱為異相催化物④、催化劑對化學反應速度的影響催化過程：①催化劑與反應物同相同；②反應較慢，NO催化。單相催化：④、催化劑對化學反應速度的影響多相催化：①吸附；②反應（活化中心或活化點）；催化劑顆粒越細，表面積大，表面凹凸不平，反應得到促進；③脫離，解吸。1.3鏈式反應反應不是一步能完成的上一步反應的生成物就是下一步反應的反應物活化中心（分子）、自由基（原子）2H2+O2===2H2O活化中心:HCO+O2===CO2活化中心:OCO+O2===CO2活化中心:HOHORH+O2===RH’+CO+H2O活化中心:OH

基本步驟：①鏈的激發(fā)：反應物在光、熱、電、附加劑作用下生成自由基或原子②鏈的傳遞：活化中心與分子反應，除生成物之外，還會產生新的活化中心上一步活化中心數=下一步活化中心數稱為不分支鏈反應上一步活化中心數<下一步活化中心數稱為分支鏈反應③鏈的終止上一步活化中心數>下一步活化中心數反應中產生的能量不足以激活新的活化中心能量損失，銷毀（若被氣體吸收帶走，氣體銷毀）一、Ｈ２的燃燒步驟和機理：激發(fā)：（代表氣體中除氫以外的分子或能量）傳遞：

活化能75.4kJ/mol活化能25.1活化能41.92H2+O2===2H2O式（1-5）的化學反應是決定性環(huán)節(jié)，所以氫燃燒的化學反應速度如果以生成的水分子來表示的話，可以寫成：式中，wm的單位為mol/m3.s；各濃度[H][O2][H2O]單位為mol/m3;T的單位為K。從式中可以看出，氫燃燒化學反應的速度除了與溫度、氧濃度等存在一般的關系外，還與氫原子的濃度成比例。氫原子濃度變化：——氫原子初生速度；——再生速度；——銷毀速度。一、Ｈ２的燃燒討論：①②③（Ⅰ）（Ⅲ）（Ⅱ）銷毀大于繁殖孕育速度與孕育時間（1-13）（1-15）溫度上升===孕育時間大大縮短二、ＣＯ的燃燒二、ＣＯ的燃燒潮濕ＣＯ：討論：三、烴的燃燒反應

（烷燃燒為例）（為，此外，烷基又可看成）

１、有Ｏ２下的反應：

2、缺Ｏ２下的反應：OH基為活化中心三、烴的燃燒反應

１、有Ｏ２下的反應：合成：高一級的烷同一級的醛低一級的烷……甲醛高一級的烷同一級的醛低一級的烷……甲醛甲醛----燃燒分解三、烴的燃燒反應

２、缺氧脫氫斷鏈乙烯：高溫下900~1100℃中溫下>500℃比越大，那么析碳越多。析碳：1.C/H越大，析碳可能性越大；不飽和烴（烯、炔）比飽和烴（烷）更易渣油>重油>輕油>汽油>液化石油氣>天然氣防止析碳：1.燃料中加入一次風，缺氧變?yōu)橛醒跞紵?.蒸汽霧化：加水(OH),3.最小水碳比

甲烷裂解時水蒸汽對析碳影響CH4==C+2H2+75kJC+H2O===CO+H2-131kJ+)CH4+H2O===CO+3H2-207kJ溫度426537565595706816926982H2O/CH40.891.351.381.41.11.99.97.95轉化反應的最小水碳比第三章氣體燃料的燃燒

1/27/2025著火方式熱力著火（自燃）強迫著火（強燃）自發(fā)進行強制進行著火過程可燃混合物，只要有T，開始時wc很慢（有活化分子）放熱升溫再放熱再升溫熱量積蓄達到著火溫度著火（其中有放熱>散熱）（煤場、制粉系統(tǒng)處，煤礦、森林著火）用高溫熱源放入可燃混合物，溫差存在導致熱量傳遞（導熱、對流、輻射）在高溫熱源邊界層內可燃混合物發(fā)生反應，當反應放熱大于散熱時，在邊界層內可燃混合物升溫達到著火溫度著火（天然氣灶點火、煤粉著火）著火范圍在可燃混合物整個體積內同時進行只在邊界層內部首先點燃，再由邊界層向周圍空間擴散二、自燃單位時間散熱量Q2：二、自燃

二、自燃討論：Q1＝Q2、可推導出：

（3-4）（+項舍棄）將根號內式用二項式定理展開成級數，再舍棄高次項：，將此代入式3-4得二、自燃若取二、自燃二、強燃T0——可燃混合物的初溫。二、強燃分析：1、熱源溫度為T1，放熱少。（實際溫降曲線略高于自然散射溫降曲線）2、熱源溫度升為T2，實際溫降為0，化學反應放熱=環(huán)境散熱。3、熱源溫度再升為時T3，二、強燃平板形狀熱源物體計算：收入：支出：反應產熱：解得：二、強燃另一方面：w點之外無化學反應（邊界層外無化學反應），純導熱。——物體表面的換熱系數。由傳熱學：由式3-14可求得Tqr二、強燃C——在理論燃燒溫度時的可燃成分濃度。（3—16）(3—18)討論：uce主要影響因素（a、wm）熱擴散率、反應速度。燃盡時間：從式3-22可計算出S值，與Tlr相關，Tlr可估算，所以也可以估算。可燃混合物升溫預熱區(qū)厚度：討論uce：①uce與化學反應速度wm的平方根成正比。（常用測uce來研究wm變化規(guī)律）②熱擴散率a：③壓力p：一般化學反應級數n=1~2氫氣>乙炔>乙烯>丙烷>甲烷小標尺湍動主要適用于很細的管內流動。錐面高度：忽略uce與d的方向差異，也可得：d—錐底的直徑。（3-29）（3-30）對于圖3-20所示的椎體，底半徑r=d/2，可求出：代入式（3-29）與式（3-30），得到：大標尺弱湍動時，若w’<<uce，則展開上式為二項級數，并略去高次項得：由此式可看出，在很弱的湍動時，ut接近于uce。③大標尺強湍動：湍動遷移距離l大于層流鋒面厚度d；w’>>uce。由式（3-31），w’>>uce模型1：ut≈w’

湍動到哪里就燒到哪里。特征：鋒面很厚，為一區(qū)域，界面不清。③大標尺強湍動：湍動遷移距離l大于層流鋒面厚度d；w’>>uce。后來又發(fā)展模型2為：當θ很小時，記為sinθ=tgθ由圖3-23，6、影響特性：變化會影響射流各截面上燃料濃度，影響過量空氣系數。α≈1時，uce最大，偏離則uce下降。實例2：喉口收縮型無焰燃燒器此公式適用條件：①等溫自由射流；②射向大空間討論：①②式中：D—分子擴散系數；d—決定性尺寸（噴口直徑）。湍流十分強烈時湍流擴散系數；而層流時的分子擴散系數只是氣體的物性常數。湍流擴散層流擴散層流預混正比dd2d與w無關正比w正比wD正比w*d正比1/D湍流擴散系數；而層流時的分子擴散系數只是氣體的物性常數。2、過量空氣系數減小R0，可縮短lhy。當天然氣或液化石油氣燃燒時，n值很大，必須選小的R0，因此總把煤氣分成許多小股細流。第四章液體燃料的燃燒

霧化油滴的燃燒過程油霧炬的燃燒過程油與空氣的分配和調風器穩(wěn)焰1/27/2025第一節(jié)霧化

一、機械霧化器

液體切向進入漩渦室，高速旋轉并由中心孔噴出。設計方法：“最大流量理論”+一定的修正漩渦室流動為勢位流動，因此：

一、機械霧化器

假設油無粘性，則根據動量矩守恒定律：式中：r—某一點半徑；R—切向進口槽中心線所處切圓半徑；—某一點切向速度；—切向進口槽的流速。勢位流動中，伯努利定律可對任一點切向速度適用：式中：p—某點的靜壓：—油的密度。（4-2）一、機械霧化器

假設油無粘性，因此伯努利定律對任一點都適用；在噴口處，油的徑向速度為零。（4-3）根據式（4-2）和式（4-3）可知對噴孔出口截面上各點軸向速度數值是均勻的，即：wz=常數一、機械霧化器

噴孔勢位流動的中心處是一個空氣漩渦，其直徑是根據最大流量的原則來確定的。根據最大流量原則，就可以定出噴孔截面上扣除空氣漩渦后的充滿度：式中：A—結構特性系數；r0—噴孔半徑；∑f—切向進口槽總截面積。②軸向速度wz與成反比，除wz等于乘以；動量矩臂為r0，則旋流強度：

一、機械霧化器

A等同油的旋流強度。（旋流強度=切向動量矩/軸向動量矩）分析：①進口動量矩=切向速度×動量矩臂由于動量矩守恒，因此：出口動量矩=進口動量矩問題：霧化為何要表面精加工？噴口有毛刺會有何影響？問題2：決定霧化效果最重要的因素有？P、A、ρ、r0一、機械霧化器

霧化器噴油量：

式中：—流量系數；p0—油的入口壓力。一、機械霧化器

霧化角：出口處油霧兩側邊緣邊界切線的交角。

一、機械霧化器

一、回油霧化器

變負荷下，油量要減少，就要減小油壓，就會惡化霧化質量。開發(fā)：回油霧化器：在簡單霧化器漩渦室端壁上開一些小孔，進行回油。按照開孔位置分為：集中大孔回油（在中心）；分散小孔回油（在半徑稍大些圓上）。C—A曲線：噴口油量曲線B—A曲線：進油量曲線Gwl—回油量Pw—回油壓力（回油管上回油調節(jié)閥之前）一、回油霧化器

設計方法：1、Pwl=0狀態(tài)：算出最大回油量GB、最小噴油量Gmin，則最大進油量=GB+Gmin2、Gmax（點）由最大負荷決定。二、蒸汽—機械霧化器

霧化好、調節(jié)比大、能耗阻力小。1、甲烷裂解時水蒸汽對析碳影響CH4==C+2H2+75kJC+H2O===CO+H2-131kJ+)CH4+H2O===CO+3H2-207kJ2、加速油滴蒸發(fā)氣化作用。水的飽和溫度低。水先氣化帶動油滴破碎氣化。溫度426537565595706816926982H2O/CH40.891.351.381.41.11.99.97.95轉化反應的最小水碳比神霧燃燒器原理二、蒸汽—機械霧化器

式中：n—油孔和氣孔的套數。(4-17)(4-18)二、蒸汽—機械霧化器

經驗修正公式：(4-25)三、烴的燃燒反應

（烷燃燒為例）（為，此外，烷基又可看成）

１、有Ｏ２下的反應：

2、缺Ｏ２下的反應：OH基為活化中心三、烴的燃燒反應

１、有Ｏ２下的反應：合成：高一級的烷同一級的醛低一級的烷……甲醛高一級的烷同一級的醛低一級的烷……甲醛甲醛----燃燒分解三、烴的燃燒反應

２、缺氧脫氫斷鏈乙烯：高溫下900~1100℃中溫下>500℃比越大，那么析碳越多。析碳：1.C/H越大，析碳可能性越大；不飽和烴（烯、炔）比飽和烴（烷）更易渣油>重油>輕油>汽油>液化石油氣>天然氣第二節(jié)油霧滴的燃燒過程

油霧滴的燃燒過程

分析：1、熱量交換：向內傳導熱量=油滴汽化潛熱+油滴升溫（4-41）（4-40）油霧滴的燃燒過程

式中：D—氧的分子擴散系數；C—氧濃度。（4-43）油霧滴的燃燒過程

聯(lián)立（4-41）與（4-43）得：討論：由公式可看出λ、D、Tr越大，qm越大；T0越小，

qm越大。（T0減小或者Tr增大時，k增大）水的T0小、油的To大。（4-45）油霧滴的燃燒過程

3、油滴燃燒中，直徑減小與氣化量的關系：將式（4-45）、（4-47）聯(lián)立得：因此由直徑δ0的油滴燒到直徑δ所需的時間：或者可以寫成：（油滴燃燒的直徑平方—直線定律）（4-48）（4-47）油霧滴的燃燒過程

δ=0時油滴燃盡，由式（4-48）知燃盡時間為：即比靜止時（Nu=2)時大了倍。油霧滴的燃燒過程

討論：①若油滴與氣體存在相對運動（爐內），則熱量與質量交換都要加強；當相對Re=0~200時有：即比靜止時（Nu=2)時大了倍。油霧滴的燃燒過程

（4-41）（4-52）r1=∞代入，可推得：油霧滴的燃燒過程

其蒸發(fā)氣化過程中的直徑平方變化規(guī)律為：實際燃料油燃燒過程：（不均質，先燒輕質油，后燒重質油）燃料油為多種烴的混合物，分子量很大，油滴燃燒室，輕質組分先蒸發(fā)和燃燒，殘渣再裂解析碳而焦化再燃燒，直至燃盡。解釋：燃料油中加入適量水并混均勻，霧化燃燒效果更好，原因？熱油鍋中倒入水，熱油會爆出油滴而飛濺，為什么？油霧滴的燃燒過程

實際燃料油燃燒過程：（不均質，先燒輕質油，后燒重質油）燃料油為多種烴的混合物，分子量很大，油滴燃燒室，輕質組分先蒸發(fā)和燃燒，殘渣再裂解析碳而焦化再燃燒，直至燃盡。

問題1：燃料油中加入適量水并混均勻，霧化燃燒效果更好，原因？問題2：熱油鍋中倒入水，熱油會爆出油滴而飛濺，為什么？第三節(jié)油霧矩的燃燒過程

式中：f(p)是壓力p的函數，f(p)≤1說明：因為壓力p決定油滴粒徑分布，也影響油霧擴展角，與空氣的混合程度等，但應注意不只是與壓力有關，與結構系數A、爐膛結構、溫度場都有關。二、油霧的計算模型2.1蒸發(fā)氣化模型①由式（4-35）、（4-37）求出油霧矩中的各種粒徑分布；用油滴的分布特性曲線表示：完