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1.2 什么是燃烧:定义与现象在线视频

1.2 什么是燃烧:定义与现象

下一节:1.3 燃烧科学发展简史

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1.2 什么是燃烧:定义与现象课程教案、知识点、字幕

好 我们接下来

我们一起来研究一下

到底什么是燃烧

刚才介绍了很多燃烧的作用

我们为什么学燃烧

那么燃烧到底是什么

我们怎么来定义它

当然大家一听燃烧

它就太熟悉了

燃烧不就是燃烧吗对吧 对

但是你要看看

到底燃烧的最基本的过程是什么

首先我们看这个蜡烛的燃烧

大家可以看出来

它就是一个锥形的火焰

燃烧应该说

我们基本的从这个现象来看

是一个释热的化学的过程

那么燃烧的另外一个特点

实际上我们从前面的讲解

我们可以知道

它会产生各种各样的产物

也就是说它一个是会放出能量

也就是热

第二个它会有各种各样的产物

而这个产物呢

有的甚至是有害的

比如像碳烟 氮氧化物

二氧化碳 二氧化硫等等

这些有害的

这就是燃烧的可能两个

最最本质的东西

我们关注的

可能也是这两个方面

那么燃烧到底怎么来组织呢

通常它是由两个重要的现象

对它产生作用

一个就是流动

一个当然就是化学反应

我们为了保证燃烧

需要什么

需要有燃料

需要有氧化剂

那么怎么样让氧化剂和燃料

进行混合

那么就需要通过

流动混合的这种组织

也就是说燃烧的本质是什么呢

是燃料和氧化剂的流动混合

强烈放热的一种化学反应

那么我们要研究它

需要两方面的本领

一个是流体力学

一个是化学

所以这两个方面的能力

体现了我们对燃烧的理解

我们真正来看一看

燃烧到底怎么定义

大家可以去查各种各样的字典

都会有定义

那么真正的定义是什么

产生热

或者产生光也同时产生热的

这种快速的氧化过程

我们把它称之为燃烧

那么一般

更广的定义还包括

包括产生很少的热

但是不发光的

这种慢速的氧化过程

我们也把它称之为燃烧

但是我们这个课程

只讲快速氧化这个概念的燃烧

所以是快速的这种氧化过程

同时发光同时发热的这么一种现象

我们把它称之为燃烧

那么这个过程

实际上这个热哪里来的

那我们接下来

可能就知道

燃烧实际上是将化学里边的

键里面的能量

通过化学反应转化成热

而这个热正是我们要利用的

当然有的燃烧过程

它是利用产物

但是我们燃烧的最重要的

实际上是为了能量

也就是首先产生热

OK 那我们再仔细看

想一想

燃烧过程如果从分子的角度

内在的这个角度

它到底发生了什么事情

实际上它是两个最最基本的现象

一个现象要通过混合

而这种混合

使得它内在的各种组分

也就是说整个燃烧所产生的

比如原来是氧气加上燃料

而这些都发生变化了

而且这种变化是在分子层面上发生的

比如它会产生二氧化碳 水

这些都是分子层面发生的

各种各样的变化

这是第一个大的特征

第二个大的特征

是比较弱的这种化学键

它发生了断裂

而被强的化学键所替代

这个强键去替代弱键的时候

它的能量就会多出来

而这个多出来的能量

就跑到整个系统里边去

而这个系统里边去了以后

使得这个系统的温度

大大的提高

所以实际上

这还是刚才说的两个问题

一个的话

它里边的组成发生了变化

第二 它的温度发生了变化

而且这种变化

在非常短的时间之内发生的

也就是说会发生的

非常非常快速

非常快速

而这种过程

通常还会产生光

这是高温辐射的现象

所以这是它的基本的两个现象

那我们来看看燃烧

有各种各样的方式

大家可以看到各种

而且像火灾那么大 很火

比如火柴就很稳定

那么它到底是什么呢

有些燃烧会冒烟

有些燃烧很干净

那么从燃烧的角度来说

我们有很多很多的燃烧方式

比如完全燃烧

就烧的很干净

我们把它称之为完全燃烧

还有不完全燃烧

像火灾这种燃烧

通常是不完全

可以冒很多的烟

产生了很多很多其他的物质

还有些燃烧现象

很有趣的现象

像阴燃

阴燃就是

如果大家有烤肉的经验

这个碳的燃烧

它并没有明显的火焰

但是你可以看到它红

就是碳在烧

比如我们抽香烟

香烟的燃烧实际上是一种阴燃

它是一种比较缓慢的燃烧现象

还有一些非常非常快速的燃烧

比如这种发动机

发动机大概在毫秒级

所有的燃烧都要完成

而且还要做功

还有些现象 比如自燃

很多很多东西闷在一起

一段时间

如果有燃料的话

如果通风不好 突然会自己烧起来

这种现象就称之为自燃

当然以后呢

我们还会看到

还有一些很有趣的现象

比如湍流燃烧

这是一个非常特别的燃烧

我们正常的都是湍流燃烧

还有一个现象

就是微重力燃烧

以前我们所知道的燃烧都在地球上

地球上的燃烧

比如一个蜡烛的火焰

大家都知道火是锥形的 对吧

那为什么会是锥形的呢

实际上它主要是因为有浮力

燃烧所产生的温度差会产生浮力

就变成锥形了

但是如果我们想一想

把一个蜡烛放在太空中烧

它会是怎么样子的

它的火焰就不是锥形了

它就变成一个球形

那跟地面的感觉就完全不同

这种就是微重力的非常特殊的现象

还有 比如有MEMS

(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)

也就是非常小的动力装置

它靠什么动力呢

可能弄个电池什么的

也有用微型的燃烧装置

它的动力非常高

那么怎么样在微小的尺度里边

保证燃烧

这又是一个非常有趣的现象

而且会有很多新的现象

而这些的话呢

是我们正要探索的

各种各样的燃烧方式

我们有看到过很多火焰

我刚才提到有层流火焰

也就是说我们按照流动

我们学过流体力学

有层流 湍流

层流的时候

它的火焰看上去很稳定

而湍流的火焰 你就会看到经常在变

比如说你像火灾那个火焰

它不是很稳定的

但是你看蜡烛的火焰

或者酒精灯的火焰

它就很稳定

一个锥形不变的

这实际上就是

一个是层流一个是湍流

还有一种现象呢

我们把它叫做

通氧化剂(的方式)不一样

有的燃料和氧化剂先混在一起以后再烧

这叫做预混燃烧

还有非预混燃烧

还有一种叫部分预混燃烧

先混一部分空气

这个情况不一样

看这张图就可以看出来

这张图里边就是

最左边可能就是非预混燃烧

它的火焰比较长

而且可能会产生碳烟

而中间就是部分预混

到右边可能就是预混

预混了以后 火焰就很短

就变成蓝色了

就不会产生像碳烟这样的现象

我们还有不同的燃料

比如我们液体燃料

那产生了液体燃料的火焰

气体燃料有气体燃料的火焰

固体燃料有固体燃料的火焰

所以不同的燃料

也可能产生不同的火焰

还有火焰的传播速度也不一样

我们正常的传播速度

比如一般的正常的火焰传播

大概每秒钟也就是几百个毫米

也就是零点几米的速度

如果真要是层流燃烧

比如那个发生火灾

我逃大概还来得及

我跑步速度很快

一般每秒几米的速度

但是它传播的很慢

但是如果是达到缓燃波

它的速度就会大大加快

达到接近几十米

甚至上百米的速度

这个速度你就跑不了了

如果爆炸的话

它通常就是达到几千米

就是超音速的速度

在那种情况下人就跑不了

为什么爆炸会这么厉害

因为爆炸实际上就是

火焰传播的速度

大大加快了以后的一种现象

所以这样的话呢

我们研究这不同的火焰类型

实际上方法也不同

我们后面呢会认真去研究

好 到底什么是燃烧

什么是火焰 就讲到这

燃烧理论课程列表:

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

-1.2 什么是燃烧:定义与现象

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-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

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--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

--回热式和蓄热式交换器

--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

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--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)

--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

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-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

--总包反应和准总包机理

-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

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--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

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--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

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(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

--7.5 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

--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

第八章 层流预混火焰

-8.1 概述及物理描述

--8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-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

--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

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--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

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-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

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--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

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-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

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--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

--课程总结

1.2 什么是燃烧:定义与现象笔记与讨论

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