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1.4 燃烧科学的研究方法在线视频

1.4 燃烧科学的研究方法

下一节:1.5 课程的结构

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1.4 燃烧科学的研究方法课程教案、知识点、字幕

下面我们就开始

再进一步讲解一下燃烧科学

现在我们的一些基本的研究方法

从刚才我们对燃烧科学

的历史的发展线索

实际上我们已经知道了

它要做实验 要做理论

还要做很多的计算等等

那实际上这里边就隐含它的方法

那么燃烧科学的研究方法

应该说我们刚才已经提到

就是罗先生所说的

燃烧科学

目前正在从一门传统的经验科学

或者实验科学

成为一门涉及

热力学 流体力学 化学动力学

包括传热传质学 物理学

这样一个以数学为基础的

全新的理论体系

那么我们的研究

也是要对整个的理论体系

开展研究

这我想就是我们

从现在应该从实验和理论

这两个方面

这是我们基本的这个研究方法

那么从理论方面呢

是主要是应该把燃烧

过程的一些基本的现象

和基本的过程呢

作为对象

如燃烧反应的这个热力学

反应的机理 反应的动力学等等

那么包括燃料的着火 熄火

火焰传播 火焰稳定

包括预混火焰 扩散火焰

或者我们叫非预混火焰

部分预混火焰

还有层流 湍流的燃烧

包括催化燃烧 液滴燃烧

碳粒的燃烧 煤的燃烧

包括燃烧的产物等等

污染物的形成等等

这一些通过

对一个一个现象的研究

来建立每一个特定现象的理论

应该到现在为止

还是我们一些基本的方法

那么正是燃烧现象的

这种多元性 多样性

使得燃烧科学的发展

最重要的形式

实际上就理论的

不断的进步和更替

而这种过程

通常就是科学实验的结果

而过程

实际上也就是研究方法的更替

那我们刚才说了

燃烧的这个发展的简史

可以看出来

仅仅从实验是不是就一定能够得到

正确的结论

不一定

比如像燃素说

燃素说的基础就是实验

但它没有得出正确的结论

而得到的是一个错误的理论

但是这种实验的 最基本的总结的方法

实际上还是很重要的

所以燃烧理论应该说是

实验研究和理论总结相结合

综合的不断的发展的一个过程

这就是我们

燃烧科学的研究的方法

那么燃烧里边

现在的话

实际上数学方法已经非常重要

刚才我们已经提到

在五六十年代的时候

以冯·卡门和钱学森他们

建立了所谓的化学流体力学的

那么他实际上是把流体力学

反应动力学

和其他的物理化学的过程

包括传热 传质等等的这种现象

联合起来

建立了一套整体的数学方程

那么这套方程的话

应该说从看来说

它是封闭的

但是很不幸的是

到现在为止

我们还没有办法从数学上去证明

这套方程的解的存在

以及它的通解

那怎么办呢

到现在为止我们只能做的

实际上是通过对物理过程的理解

来进行简化

简化了以后

对特定的这个现象

我们可以得到一些数学解

所以理论研究(与实验)对比的方法

来不断的检验和发展理论

这应该说是我们的一个基本的方法

那么现代的话

有一个更重要的特征

特别是这几十年

计算机的发展非常非常迅猛

对上面这一套数学方程

我们就有可能直接让计算机

去进行求解

这已经成为(具有)可能性

可以获得这一套数学模型的一个通解

那么比如现在已经开始在用

直接的数值模拟的方法

再把这样的一些求解的过程

跟实验的研究

包括理论的研究

进行对比 检验 发展 优化等等

但是应该说

如果希望直接数值模拟

要得到所有的现象

现在还不太可能

计算机能力还不够

但是

针对某一些特殊的燃烧现象

进行一些简化

这是完全可能的

所以说现在的数学模型的

这样一个数值模拟的方法

应该说现在是越来越得到重视

能够使我们对很多的燃烧现象

得到更深入的理解

使得燃烧理论和错综复杂的燃烧现象

能够非常有机的结合

使得我们整个学科可以

上升到比较系统的理论

那我们刚才讲了

实际上燃烧

(如果)我们真正去看燃烧的话

常常有两批人

一个是从化学的角度

常常把燃烧认为就是一个化学反应

另外一个角度

是从我们力学或者是

从我们搞机械工程师

这个角度去看的话呢

它实际上就是一个

混合传热传质这些现象

流动这些现象是最最重要的

那为什么会以前比如

我像我们这一代学习燃烧的时候

基本上属于机械工程师那种角度

对化学不太重视

为什么呢

真正燃烧的化学的速度非常非常快

而真正控制的因素

主要是混合传热传质这个过程

所以我们只要把

这个过程研究清楚就可以了

但现代的话

情况就有所变化

比如我们对污染物的要求

化学就显得非常非常重要

我们举一个例子来证明

我们的这两个研究的重要性

就我们非常简单的蜡烛

蜡烛的燃烧

实际上你就可以看出来

它会发亮

而且它会产生碳烟

比如它这个碳烟

如果碳烟的形成

它会形成锥形的火焰

它冒出这种烟来

它会很亮

很亮什么原因

里边就有碳烟的这种形成

如果要预测碳烟

比如要研究它为什么会发亮这件事情

你没有化学是不行的

但是你要看它为什么

会是锥形的火焰

我们刚才实际上已经提到

如果在太空当中

是一个球形火焰

而且球形火焰

它的碳烟的运动就不一样了

而这个时候

它的传质流动也显得非常重要

我们以一个典型的传热为例

那么实际上它由于

中间烧了以后很热

所以它就会产生自然对流

对流作为它的热的最基本的特征

它才形成锥形

但你想一个蜡烛的燃烧

实际上它还必须有什么

导热

比如蜡烛

是不是蜡烛本身在燃烧呢

你想想它烧的到底是什么

实际上不是蜡烛

而是蜡烛

由于传热使得它熔化

首先变成液体

变成液体以后

在毛细作用下

通过蜡烛的芯

蒸发变成气体

真正燃烧的是什么

是气体的燃料

而这个过程当中

就很复杂的传热

包括有相变

有导热

有对流

而我看到亮光说明它还有

辐射

而这些现象

你必须把它耦合起来

会产生流动对吧

流动 传热 传热又有三种现象

这样才能够整体把这个问题解决

所以这是一个非常复杂的现象

好 我们现在

就把研究方法的部分讲到这

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

1.4 燃烧科学的研究方法笔记与讨论

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