当前课程知识点:燃烧理论 > 第一章 导论 > 1.3 燃烧科学发展简史 > 1.3 燃烧科学发展简史
我们已经知道了什么是燃烧
燃烧为什么重要
那我们下面来看一看
人类对燃烧的探索的整个过程
以及燃烧科学
现在已经发展到什么程度了
应该说恩格斯有一句话
是最最典型的叫摩擦生火
使得人类支配了一种自然力
从而区别了人和动物
那么实际上也就是说
我们人虽然早期
还不知道火是什么
但已经学会了控制火
比如保留火种
现在的考古已经证明
我们人类很早就学会了保留火种
所以火的使用
是人类文明的一个标志
包括我们刚才已经提到了
包括第一次工业革命
第二次工业革命
都是什么呢
都是人类对火 或者叫燃烧现象
长期的经验积累的一个结果
但是应该说
真正对燃烧的理解
实际上是从十六 十七世纪才开始的
那么最早的话
我们常常去批判的一种学说
我们可能听说过叫燃素说
实际上十七世纪中叶的时候
有一个科学家叫斯嗒尔
他提出来就燃素说
来解释这个
作为一个燃烧理论
来解释这个现象
那么他怎么说的呢
他说一切物质为什么会燃烧
因为它里面含有一种
叫做燃素的这么一种东西存在
OK 那么这燃素是什么呢
就说不清楚了
这个理论后来显然是证明
就完全不存在的
那后来慢慢的
就证明了这一点
但是呢
我觉得斯嗒尔这种注意观察
和实验总结的这种研究方法
为后代的这个科学发展
提供了非常好的范例
也正是这种精神
为后来的正确的
燃烧的学说的获得
带来了一个非常好的基础
所以燃素说虽然本身它是错误的
但是燃素说所产生的这种科学的
这种基础我觉得是非常好的
非常好的
比如当时就是用燃素说
实际上和空气引起的燃烧
他实际上是解释了很多的现象
比如他说为什么有的东西
容易燃烧
他说燃烧燃素就多
为什么不容易燃烧
他说燃素少
所以对这些现象他解释了
但是有一些现象他解释不了
他说为什么呢
如果是按照燃烧(是因为)有燃素的话
为什么有的物质烧了
反而会重了
比如说我们有很多固体
像铁的一烧变成氧化铁
那肯定重了 对吧
他就没法解释了
还有一些呢
他观察到燃烧
会使空气就减少了
这也没法理解
因为燃素烧出来到空气中
应该增加了对不对
像这样一些现象
没法解释的话
为正确的燃烧学说提出了挑战
那么正确的燃烧的学说
实际上大家都知道
是十八世纪的拉瓦锡
作为他最最重要的一个贡献
那么这是1772年的11月1日
他是一个法国科学家
他发表了一篇论文
专门来论述
为什么燃烧会引起重量的增加
而他对已经提出来这种重量的增加
是由于空气当中
有一部分物质
化合到里面去了
所以他证明了
燃烧是一种化合的现象
但这种空气
当中的这种物质是什么
他当时实际上没有搞清楚
那谁把他搞清楚呢
实际上就两年以后
就一个英国科学家
普利斯特列
他发现了这种氧
那拉瓦锡就马上去做这样一个实验
他发现了这种物质
在空气当中比例多少
就五分之一
而且呢把它命名为氧
现在我们用氧 oxygen
实际上就是这个来源
那么它的原来意思就是酸之源
而应该说拉瓦锡的
正确的燃烧的学说
得到了确立
而因此的话呢
揭开了我们整个化学
或者说整个燃烧的
最基本的东西
我们理解了
燃烧是什么
氧化反应
但是这仅仅揭示了这个燃烧的本质
就是燃烧的本质是什么
搞清楚了
但燃烧的过程的理解
还不够
那么真正的燃烧科学的建立
实际上一直到了十九世纪
那么十九世纪实际上整个的科学都在进步
首先就是热力学和热化学的发展
那么这个时候对燃烧的系统
是作为一个热力学的平衡体系来进行研究
那么这个时候
就搞清楚了燃烧当中的
一些最基本的 重要的
平衡的热力学特性
比如燃烧会产生热效应
它的热效应多少
比如某一种燃料
它烧会放出多少热
这件事情呢
通过研究把它搞清楚了
第二个的话呢
燃烧的产物的平衡组成
最后产物是什么样子
那么有了热效应
有了产物以后
我们就能够知道
他最终的温度
包括着火温度
燃烧的最终温度等等这些现象
都可以把它
从热力学的角度去阐述
这也是后面我们会作为
最早的这个讲解的内容
那么进入第二个阶段呢
实际上就进入二十世纪了
二十世纪三十年代
美国的科学家刘易斯
还有俄国的化学家就谢苗诺夫
我刚才已经提到了
他们把化学动力学的一些机理
引入到燃烧的研究
而这个时候就能够
不光知道我们最终的产物
最终的温度是多少
而且慢慢的知道了
燃烧化学的反应速度
也就是说燃烧的速度实际上是由
燃烧的化学反应动力学
是最主要的控制燃烧速率的因素
而且
发现了燃烧化学的反应
带有这种链锁反应的
非常特殊的这样一个现象
而这个呢
为怎么把化学用到燃烧理论
打下了一个良好基础
这应该说是第二个阶段
那么第三个阶段
人们慢慢发现了
就是从化学和物理的因素
包括气体流动 传热 传质的
物理因素的组合
才能够解决燃烧的现象
而燃烧是这些因素的
综合的一个结果
这样的两个因素搞清楚了以后
就建立了着火 火焰传播 火焰稳定
等等的一些规律
那么到了上个世纪
五十年代 六十年代的时候
那美国力学家冯·卡门
包括我们国家的钱学森先生
他们当时发展了连续介质的力学
研究燃烧的基本过程
而且创建了反应流体力学
也就是说把流动 传热 传质和化学
作为一个体系
建立了一个基本的体系来进行研究
那么这是一个第三阶段的过程
那第四个阶段
应该说是现在就燃烧化学
和流体力学实现了完美的结合
对燃烧现象进一步深入的理解
正像十年前在国际燃烧学会
这个成立50周年的时候
当时第30届国际燃烧会议上
我印象很深
当时的燃烧学会的主席叫
罗忠敬先生 C. K. Law
他提出来
以前当实验和理论的结果
发现对不上的时候
我们总是相信实验
他说今天我们应该开始相信理论
这也就是说标志着什么呢
燃烧已经从一个实验的科学
走向了一个理论的科学
这就是我们燃烧的四个阶段
现在的话呢
我们可以把它作为一个
理论科学来看
-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