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1.5 课程的结构

下一节:概述

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1.5 课程的结构课程教案、知识点、字幕

通过我们前面对什么是燃烧

为什么要学习燃烧

以及燃烧的基本的发展

以及研究方法

整个第一大章节里边

最后一部分内容

讲讲我们整个课程

怎么来做

我们怎么共同来学习

包括哪些内容

大概时间进度的安排

以及我们包括最后考试

怎么考法等等

包括教科书

那么整个的课程的结构

我们分四个大的部分

一个就是燃烧的热化学

和物理的基础

包括化学热力学

燃烧的化学机理和动力学

以及传质的基础

第二个大的部分

实际上就是讲燃烧过程的基本方法

主要的讲反应系统的化学

与热力学分析的综合

反应流的简化的守恒方程

这两个大的部分

实际上这个大概要花半个学期

实际上就是燃烧的一些基本

基础的研究内容

下半学期我们就讲两部分内容

一个是基本的燃烧现象

这个是最最基本的

我们会讲四种火焰

一个是层流的预混火焰

第二个是层流的扩散火焰

或者叫层流的非预混火焰

第三个是液体燃料的燃烧

还有固体燃料的燃烧

我们最基本讲这四个

实际上整个燃烧当中

还有些很重要的现象

比如像湍流的预混火焰

湍流的扩散火焰

还有比如燃料燃烧污染物的形成

还有非常特殊的爆震

detonation这样一个现象

那么这些现象

作为高等的一些燃烧现象

我们可能在后续的课程里边学

这门课程我们可能会涉及一点

湍流燃烧的一些基础的东西

我们简单的跟大家讲一下

那么燃烧污染部分

可能穿插着在

特别是氮氧化物的形成

我会穿插在其他的章节里边

会提到一些

包括燃料我们也会讲到一些

比如固体燃料

我们可能会讲到煤是怎么回事

液体燃料我们会讲

汽油 柴油它怎么来的等等

那么这个我想是我们课程的

主要的四个大的部分

重点是讲前面三个部分

后面的话有些穿插

那么在燃烧第一个大的部分

就是热化学的基础

热化学基础实际上又可以分为

两个部分

一个是化学热力学

一个是化学动力学

那么化学热力学

我们将跟大家一起

首先去一起回忆一下

热力学的一些基础

大家如果没有学过热力学

可能需要好好的自习一下

热力学的一些基础

包括一些状态的关系式

各种热力学参数怎么回事

要学一下热力学第一定律

我们一起回忆一下

那么最重点一个是反应

它反应的反应物和产物之间的关系

还有 理论燃烧温度

这是完全全新的概念

那么还有 化学平衡

或是热力学第二定律的引入

包括燃烧的一些平衡产物

那么后面会讲一些例子

这我想就是化学热力学

给大家讲的内容

那么第二个大的部分

是讲化学动力学

而化学动力学我又分成两个部分

第一个部分它是基础

基础的内容包括

总包反应 基元反应

那么基元反应它的反应速率

我们会用一个

简单的分子碰撞的理论

来解释一下

它的反应速率是怎么产生的

包括讲一下多步反应的反应速率

包括整个化学的反应机理

如何去描述

那第二块的内容

主要讲我们燃烧当中的

几个典型的反应体系

一个 氢

氢的反应是最最重要的

氢和氧怎么反应

第二个 讲一氧化碳的氧化

一氧化碳也是燃烧当中最基本的

第三个讲碳氢化合物

就是烃类的氧化

第四个部分

专门讲一个特殊的甲烷的氧化

最后一部分讲

氮氧化物的形成

这也就是污染物

也就是通过这两大块的内容

我们对化学的动力学部分

有一个基本的了解

那么第三个部分

实际上我们就讲一下传质

传质我们会讲一下

燃烧当中特殊的传质现象

那么一些基本的传质

比如像传质的

质量传递

它的费克定律 我们首先要介绍

后面的话我们讲一些

传质 比如一个液滴

它怎么蒸发的

包括一个固体

它表面怎么传质

那么这里面引入一个非常重要的

就是Stefan问题

Stefan流

这种液气的界面上的边界条件

怎么确定等等

这是一个传质的基础

后面我们会讲一些燃烧的方程

那么首先讲跟热力学的配合

我们讲四个典型的反应器

一个是定压定质量的反应器

一个是定容定质量的反应器

第三 我们称之为全混流反应器

第四个 柱塞流的反应器

那么这四个反应器的话

实际上是我们在研究

一些燃烧基本现象的时候

是非常非常重要的

那么这是一个跟热力学的

那么后面的话

再后面一章

我们会讲一些燃烧里边

流体力学 传热学

在一起的时候

我们建立整个的

刚才我们提到的这种

方法学里边的

数学的方程

那么这里边实际上是

我们用最基本的守恒方程

那么最基本守恒方程

质量守恒

组分守恒

还有扩散

动量守恒 能量守恒

怎么样针对一些特殊的燃烧现象

利用这四个守恒的定律

把它搞清楚

而且我们会引入一个非常特殊的量

叫守恒标量的概念

那么这个量的话

在我们燃烧里边呢非常重要

特别是解决扩散燃烧

或者叫非预混燃烧的时候

这个概念非常重要

所以这个的话呢

到这一步为止我们大概就能够把

燃烧所涉及到的一些基本的基础

流体力学基础

热力学基础和化学基础

都能够讲解清楚

那么一些基本方程也建立起来

为我们后续

燃烧的现象的研究

打下基础

我们第一个要研究的

燃烧现象是什么呢

这就是我们后半个学期

我们要讲的内容

第一部分就是所谓的预混燃烧

那么预混燃烧的话

我们实际上是要讲两个最基本的概念

一个就是火焰的传播速度

火焰有多快

第二个 火焰厚度

那么我们会通过详细的基理

我们去研究

比如影响火焰传播速度

和火焰厚度的因素

那么包括各种不同的燃料

它的火焰传播速度的确定

那么通过预混火焰

我们还会去研究一些特殊的现象

比如像熄火

火焰极限 着火 稳定燃烧

等等这些现象

这些我们是作为一章内容

那么再下一章

我们就讲一个特殊的现象

就是扩散燃烧

或者我们叫非预混燃烧

那么我们也是从最基本的现象出发

比如到底扩散现象怎么样的

比如我一股燃料

当然是气体

喷射到空气当中

如果没有反应的时候

它会产生一些什么现象

我们把它称之为

无反应的常密度层流射流

这样一个理论

我们要对它进行描述

建立它的理论的体系

那后面我们要通过对射流火焰

作为一个最基本的火焰

我们来对它进行物理的描述

然后我们建立它的理论分析

最后我们针对特殊的

比如圆形的喷口

或者是方形的喷口

或者扁的喷口喷出来的火焰

那么这里边

最最重要的一个参数

我们在预混燃烧

主要是燃烧火焰的传播的速度

以及它的火焰的厚度

而在扩散燃烧呢

我们把火焰的长度

作为一个最基本的参数

我们就能研究它火焰长度

怎么回事情

最后我们讲一下

碳烟在扩散燃烧

它怎么形成的

怎么氧化燃尽的

那么如果有时间呢

我们会讲一下对冲火焰

一种非常特殊的火焰

是一种标准火焰

能够产生一维的火焰

可以研究火焰的一些基本现象

那么再后面

我们后面的两章

讲液体燃料和固体燃料

那么液体燃料的话

我们从什么出发呢

从一个液滴出发

当然液体燃料的应用非常广泛

包括内燃机

包括火箭发动机有液体的

包括还有航空发动机

等等很多很多

用到汽油 柴油 煤油等等

都是液体燃料

那么但是这些燃料的燃烧

有一些实际上

如果先把它气化了以后再去燃烧

这就跟气体一样

但是大部分燃烧

都是以一个液滴作为基础

所以我们来研究一个液滴的燃烧

单个液滴怎么烧的

包括它怎么蒸发

蒸发了以后怎么烧

整个的过程我们要用两个模型

来给它研究

研究了这两个模型以后

我们要研究一维的

如果我们所有的液滴

很多很多液滴在一起

它怎么烧的一个过程

那最后一部分的话

我们讲燃煤锅炉

也就是固体燃料的燃烧

那么固体燃料燃烧

非常特别

它当然最最重要的

实际上是一个碳粒的燃烧

一个碳粒燃烧

它是实际上跟前面讲的燃烧完全不同

它是氧化剂要扩散到碳的表面

吸附了以后再反应

反应以后解吸附

那么我们把这个碳的燃烧

要研究透

那么后面会讲一下煤的燃烧

煤的燃烧当然包括它的热解等等

会很复杂

包括其他的固体燃料

包括比如像生物质

包括垃圾

甚至我们还有一些固体燃料

比如现在很多的金属 铝 錋

这些都是固体燃料

它怎么烧 有一些特殊的现象

我们给大家做一个介绍

那么最后的话

如果我们有时间

可能给大家讲一下

湍流燃烧的一些基本现象

包括湍流的一些尺度的问题

湍流的尺度跟燃烧

怎么相互作用的

一个涡跟火焰怎么相互作用

我们只是引进一些基本的现象

和基本的考虑方法

详细的当然需要我们更深入的

或者更高级的课程来解决

我们有一本书

就是《燃烧学概论》

这是美国的 Stephen Turns 写的一本书

那么我们已经把它翻译过来

第二版实际上是09年出版的

新的第三版已经出版了

是由清华大学出版社(出版)

大家应该去购买一下这本书

这是我们的基础的教材

那还有很多参考书

比如像很有名的

Glassman 的《Combustion》

他早期的版本应该有中译版

像C.K.Law的《Combustion Physics》

就是《燃烧物理学》

那么这两本应该是非常重要的

还有K.K.Kuo

就是郭先生

他有一本叫做《Principle of Combustion》

就《燃烧原理》

早期版本也有中译本

那么我们国内也有很多的

燃烧的教材

比如像徐旭常院士

早期的《燃烧理论和燃烧设备》

像傅维标先生的《燃烧学》

比如徐通模老师编的《燃烧学》

还有岑可法老师和我当时编写的

《燃烧理论和污染控制》等等

都是作为我们的参考书

大家都可以对某一些特定的研究问题

可能它有特殊的参考意义

好 我们现在应该准备好了

就开始学习燃烧学了

那么大家可能后面

我们还有很多的作业要做

希望大家能够跟着课程

及时的完成作业

作业完成非常重要

因为实际上如果不完成作业的话

对概念对方法的理解是不够的

开玩笑

如果大家完成不了作业

请大家读一下《没有任何理由》

所以第一章的作业

后面会布置

希望大家能够及时的完成

同时做好准备

比如像热力学

流体力学 传热学

化学的一些基础知识

尽快的

如果大家不太熟悉的

赶快捡一捡 熟悉一下

我们就可以进入到正式的

燃烧的学习

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

1.5 课程的结构笔记与讨论

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