当前课程知识点:燃烧理论 > 第一章 导论 > 1.1 我们为什么要学习燃烧理论 > 1-1:我们为什么要学习燃烧理论
我们从今天开始
我们要学习一门全新的课程
叫燃烧理论
希望通过燃烧理论的学习
能够重燃大家希望之火
这门课由我和李水清
两位老师来给大家讲解
那么今天的话
首先第一部分
给大家讲一下
我们为什么要学习燃烧的理论
应该说
燃烧是人类最早发现
和利用的自然现象
比如我们最早期的这种取暖
包括我们从生的食物
变成吃熟的食物等等
都是人类的一个非常大进步
那么后来的话呢
又开始向制陶 冶金
比如像人类炼丹等等
这些都是燃烧的一个应用
所以人类利用燃烧
实际上非常早
火和电应该是推动人类
技术进步的两个主要的杠杆
然而我们对古老的火的了解
远远不如对年轻的电的了解
这段话呢
实际上是由诺贝尔奖获得者
谢苗诺夫的一段话
所以他的话呢
应该是我们燃烧的一个
研究的一个前辈
那么燃烧呢
汇聚了古老的这样一个
这样一些问题和挑战
但是呢又是特别现实的需求
和人类的长远的利益
我们都是需要不断的去探索
燃烧的问题
应该说第一次工业文明的出现
像瓦特的蒸汽机
那么它实际上是通过燃烧
将燃料的化学能
转变成烟气的热能
然后的话呢
再去加热水
变成蒸汽
再去推动各种各样的做功的装置
那么这样实现了这个
第一次的工业革命
那么很多的工业
包括交通
都发生了革命性的变化
那后来的话
第二次工业革命
可能主要是电气化
以内燃机这样一个为标志
内燃的方式的实现
那么也就说把燃料的化学能
转变为烟气的能量以后
直接去推动
各种各样的动力装置
比如像我们推动汽车的内燃机
像推动飞机的
各种各样的
涡轮发动机
现在燃气轮机
包括我们航天的发动机
推动火箭的发射等等
这些都是属于这种
我们这样的直接的输出功
那么这种能力的话
大大提高了热功的转化的能力
应该说是现代文明的一些标志
这是两个非常重要的标志
那么现在能源的这个来源
我们国家的能源
最最主要的是来自于
通过燃烧来实现的
大概90%
而全球大概85%左右
而这里边最主要的能源
就是我们天天碰到的
像石油 天燃气和煤炭
这三种最典型的化石燃料
但是这三种化石燃料的燃烧
又会产生各种各样的污染物
而这些污染物的话
怎么样能够降低污染物
怎么提高效率
这是我们燃烧的
非常重要的一个任务
比如以煤炭为例
煤炭大概是全球
现在我们大概烧70亿吨煤
而我们国家呢
大概差不多烧35亿吨
煤炭在我们国家能源消耗总量
大概是在70%
占全球总消费量50%
也就位居全球的第一
但它给我们带来动力的同时呢
它带来了很多的问题
最最重要的
实际上它带来了像颗粒物
二氧化硫 氮氧化物
和二氧化碳等等的主要的
这样一些污染物
前三个是空气污染的主要来源
像二氧化硫 氮氧化物
颗粒物
而二氧化碳呢
又会引起这个全球气候的变暖
所以如何去提高
这个煤炭的利用效率
降低这些污染物的形成
应该是我们燃烧的最主要的任务
我们再来看看航空
航空的发动机
那么国际上的航空发动机
比如像推比已经达到了10
像最快速的马赫数
已经达到了接近10 9.7
那这基本上就是我绕地球一圈
就是基本上在以小时计
就可以实现这样一个
这样一个全球的旅行
这我相信是一个非常非常
值得去探索的一个领域
包括航天
像美国1969年登月计划
使用的这个F1的火箭发动机
它的推力达到700吨
而近地轨道的这个推力达到
100到130吨
那么要实现这种
像我们国家现在登月
像火星的探测
深空的 更深空的这个
宇宙的探测
那么如何去保证这个动力装置
那么对我们燃烧呢
提出了非常重要的新的挑战
所以说呢
我们如何去包括稳定的燃烧
包括污染控制等等
都是可以为燃烧的未来的发展
做出我们的贡献的
刚才我们提到
燃烧所产生的污染物
除了我们看到的
这种雾霾现象以外
实际上对我们人体的健康
会产生直接的影响
这些燃烧的污染物
可以直接进入肺部
前段时间有一个基本的估计
就说我们国家的
城市的这个死亡率
大概是在由于这个PM2.5本身
就带了大概万分之一的死亡率
那为什么这样呢
因为燃烧所产生的污染物
包括比如是重金属
像砷 镉 汞这些
都会很容易进入肺部
还有一些有机的
比如像这个多环芳烃
还有碳烟等等
这些也是会致癌 致畸
也会致突变
比如这里边我们举一个例子
比较著名的这个伦敦烟雾事件
那么当时实际上主要典型
是燃煤所产生的
那么现在我们两大的烟雾事件
一个是伦敦 一个是洛杉矶
一个是燃煤
一个就是汽车
像伦敦那个
大概最终统计下来
是早死了五千多人
这是非常惊人的一个数字
非常惊人的一个数字
那么燃烧呢
另外一个的话
我们每天都会看到
各种各样的新闻
就是火灾
也就是说燃烧
如果不可控的话
那么对人类实际上是灾难性的
包括各种建筑 文物 森林
甚至还有地下
我们每年大概全国的话
有十多万起
12到14万起的火灾
每天几百次
死亡的人数超过上万(千)人
那么受伤的几千人
直接经济损失数百亿元
相当的可怕
那么另外一个有趣的现象呢
燃烧本身跟科学技术的发展
非常密切相关
比如我们早期的
化学的这个发展的历史
实际上就是燃烧的一个历史
包括炼丹 包括氧的发现
我后面还会讲到
我现在就讲一个
非常有趣的例子
最新的一个例子
就是超新星的这个
迅速膨胀的爆炸的过程
到现在来说
应该解释不清楚
它特别有一个叫做
快速的这个膨胀的过程
那么有燃烧科学家
就利用一个
新的燃烧的这种理论
去解释它
那么解释通了
这个为什么超新星
能够快速的加速的膨胀
加速的膨胀
好 今天我就给大家先讲这么多
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结