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反应物与生成物的组成在线视频

反应物与生成物的组成

下一节:绝对(或标准)焓和生成焓

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反应物与生成物的组成课程教案、知识点、字幕

我们复习了

各种各样的热力学参数

复习了热力学第一定律

我们现在

就可以开始来看看

燃烧过程当中的

解决它第一个问题

也就是反应物和产物之间的关系

或者说它的组成

我们知道

如果是化学当量的时候

那么要烧掉多少的碳氢化合物

需要多少氧量是固定的

那么化学当量刚好是

我们通过一个化学方程式

很容易就把它写出来对不对

这个的话

比如我们现在一般的

我们如果差不多我们可能

以后要学的所有的燃料

基本上可以把它作为碳氢化合物

也就是CxHy作为它一个表达

那么它要由Cx的话加y

那么我们想一想

它需要多少氧气呢

实际上是特别简单

有x个C那就需要x个氧气

对不对

要变成二氧化碳全部燃烧

有多少个氢

有y个氢那需要多少氧气呢

实际上就是

要四分之一y个氧气

所以如果我们真的来看的话

一个碳氢化合物知道了以后

要多少氧气

实际上就是x加上四分之y

你只要CxHy这个分子式

你告诉我了什么样的燃料

我就能算出来

所以这样的话

我们引入第一个概念

叫化学当量的空燃比

这是什么概念呢

也就是说我每公斤的燃料

燃烧需要多少公斤的空气

当然你如果是纯氧燃烧

就要多少公斤的氧气对吧

这是我们今天引入的第一个概念

或者说到现在为止

我们引入的真正针对燃烧的

第一个概念就是空燃比

所以大家要牢牢记住

而且是化学当量的空燃比

大家可以算算

比如像甲烷它会有多少

甲烷大家可以算一下

实际上它多少

17.11 质量还蛮大的

实际上我们前面已经算过了

每公斤的甲烷需要17.11公斤的空气

那就刚好能够完全燃烧

比如氢

氢在氧气的燃烧会有多少呢

氢的这个燃烧

在氧气当中燃烧

那么一公斤的氢

需要多少公斤的氧气

需要8公斤的氧气

这两个一想大家都明白

对吧

氢2 二分之一

实际上也就二分之一个氧

对不对

二分之一个氧原子

当然就是8了

对吧 好

如果氢在空气当中燃烧会怎么样呢

这个就比较大了

对不对

因为它好多氮气在那儿

除了刚才那个8

可能还加氮气

所以它实际上最后多少呢

35.32 很大的一个数

那么再来看看碳的燃烧

碳在空气当中燃烧

一公斤碳需要多少空气的量

那么实际上算一下

大概就是11.4公斤

就A比F

A/F stoic

大家一定要记住这个

这个叫什么

空燃比

也就是说每公斤燃料所完全燃烧

刚好化学当量的时候

需要多少空气

通过刚才这个数

大概有个判断

基本上一公斤的燃料

碳氢化合物的话

大概需要十几公斤的空气

这就是一个概念

这张表可能还有其他一些参数

我们后面要用 现在先不讲

好 给大家引入的第二个概念呢

就我们实际上燃烧

不太可能刚好是化学当量的匹配

就是我比如是一公斤的甲烷

我刚好给17.11公斤的空气

这件事情很难的

那通常为了燃烧好一点

大家都有经验

我们恐怕要多给一点空气

这个时候呢这两个比较

也就是说理论上需要多少空气

再比上实际给它的空气

这两个一比较

我们引入又一个新的概念

就是当量比φ

那么可以想象一下

刚才我们一开始讲的那个例题

20公斤的甲烷的时候

它的当量比是多少

对了

17.11除以20

那么这个当量比是小于1

就可以判断出来

如果φ小于1的话是什么

它是一个贫燃料

我们把它称之为

贫燃料的混合的燃烧

也就是燃烧少于空气

但我们刚才那个例题

还有一个十公斤的时候

那么它的φ是多少

17.11除以10对不对

很简单1.711

那这个什么意思呢

富燃料的

那么好这个当量比就有一个概念了

φ等于1的时候指什么

刚好是化学当量

小于1怎么样

是空气过量

如果是大于1怎么样

是燃料过量

而我们通常

我们知道一般燃烧

总是要让Φ小于1

也就是当量比

这是我们引入的第二个概念

当然我们还可以有引申的

包括当量空气百分比

还有过量百分比 等等

那么当量空气百分比就是Φ分之一

这个实际上就是倒过来对吧

那么过量空气百分比的话呢

过量空气百分比是一减Φ除以Φ

这样的话呢

我们就把基本的几个概念

全部建立起来了

好 下面呢我们一起来

用两个例子来看看

我们怎么来用

刚才的概念

那么一台固定的燃气轮机

我们满负荷运行的是3950千瓦

也就是3.95兆瓦

而当量比用的是多少呢

用的是0.286

一听就知道这个是贫燃的

而且空气量大大的过量

这个时候的煤气

或者天然气的流量是多少呢

是15.9公斤每秒

那么我们要算一下

它的整个的流率

以及燃气轮机当时运行的

空燃比是多少

它的当量比0.286知道了

我们怎么来求解啊

应该比较容易

我们理论的这个空燃比知道了以后

我们当时运行的空燃比

只要一除就出来了

对吧 这就是一个

非常典型的这种燃烧桶

这是燃气轮机用的燃烧桶

那么这就是里边的

燃料和配风的装置

好 我们来看看

那么首先看空气

我们的Φ等于0.286

如果我们的甲烷

假设它这里边的燃料

是用的不是真的甲烷

碳是1.16

氢是4.32

MWfuel就是18.286了

好我们来求A比F

也就是空燃比

好那我们实际的

理论的空燃比就很容易算了

大家可以很快的

等于4.76×a×MWair/MWfuel

MWfuel MWair

我们刚才都已经有了

一个是28.8几

一个是18点几对吧

那么关键这个a是多少

a实际上是很容易算的

x y 对吧

x+y/4就等于2.24

这样的话呢

我们就能够得到

它的理论的空燃比是多少

这么一算你就算出来16.82

那么好 实际的这个多少呢

实际的这个空燃比就很简单

理论空燃比除以Φ

也就是16.82除以0.286

就是58.8

大家可以判断

也就是说我这条燃气轮机

烧一公斤的这种燃料

配了多少空气呢

58.8公斤的空气

这个量(比例)相当大了

好下面呢

我们就来看看燃料的流率

我们如何去获得

那我们空气的流率多少

是15.9公斤对不对

而燃料的流率当然就很简单了

除一下就行了对不对

也就是15.9除以58.8

等于0.27公斤每秒

大家想一想

这个例题我们做完了

大家可能觉得很奇怪

为什么要这么多过量的空气

大家想一想

后面我们会一起去回答

这个作为一个思考题

大家好好想一想

我们第二个例题

是一个燃天然气的工业锅炉

它运行时候发现

最后的出来的

就烟气当中

氧气的摩尔分数是3%

它就要求运行的这个空燃比

实际的空燃比和当量比

那么天然气呢

我们用甲烷来考虑

这是一个非常典型的

工业的小型的锅炉

好 我们来看看

怎么来求解这个问题

当然这两个数

大家可能就很熟悉了

燃料的分子质量

是16.04每公斤每摩尔了

那么空气呢28.85

那么我们首先是假设

它是完全燃烧的

完全燃烧会生成二氧化碳

氢会形成水

所以二氧化碳加水当然还有氮气

还有氧气对不对

而且我们已经知道了

这所有里边的氧气的含量

是3%

那这样的话 我回头就知道

空气当中(燃烧)的时候

就是一个非常简单的

原子的守恒

我们就可以获得它的a是多少

也就是说它的

加了多少的氧气的这个量

就多少

那么很简单大家会算了

算出来大概a是1.168

有了这样参数以后

我们就可以用A/F

实际的

它的甲烷的A/F stoic是多少

是17.11 对不对

好 17.11除上刚才可以算出来

它的什么

实际的空燃比可以算出来

是20.3

就很容易算出来了

有了这个实际的空燃比

我们也已经知道了

这个理论的空燃比

17.11对不对

所以我们马上就可以算出来

它的这个当量比是多少

用理论的当量比除以

实际的当量比

也就是17.11

对不对

除以刚才那个参数是多少

大家还记得吗

20.3 对不对

好我们马上知道多少

大概它就是0.84

说明它空气是过量的

大家也可以算一下

接下来我们可以学一个

特别参数叫过量空气系数

大概1.2左右

这是我们正常燃烧组织

常常用的空燃比

好我们有了

空燃比的这样一个计算

已经会了

我们可以知道反应物

我可以算产物

我也知道产物

比如我们刚才有一个例题是

知道(烟气)里边3%的氧气的时候

而我们也可以把它的

反应物什么样子都给算出来

这就是我们这一讲最重要的内容

下面的话呢

我想有的时候

我们燃料的话

常常并不是以每公斤

需要多少公斤空气来表达

常常是需要什么呢

是每公斤的燃料

需要多少的体积 空气的体积

这个比较直观

我们空气常常用体积来表达

那么这个的话我们叫做

理论空气量

也就是每公斤燃料

所需要的

空气的体积是多少

那这里边呢

如果用两个体积的概念

两个比的话呢

大概我们又把它称之为

过量空气系数

我想大家可能各种各样

实际的燃料算起来

都是直接的进行

化学当量的计算就可以了

给大家一些基本概念

比如像气体燃料

那么像天然气

那么刚才应该很严格可以算

但比如对于煤

那么实际上需要里边的成分

液体也是一样

但给大家一个概念吧

就是它的空气量

大概每公斤 对于煤来说

大概就在几个立方米

对油可能要十个立方米

有这些概念但是并不是

真正要去算的

那么刚才我们已经引入了

一个空气过剩系数的概念

它是什么意思呢

实际的空气量除以理论的空气量

理论空气量就是每公斤需要多少

完全燃烧所需要空气的体积

对吧

那么这样的话呢

我们就能够用一个在我们的

锅炉这个行当里边

还有像燃气轮里边

常常用过量空气系数

这么一个概念来表达

而对于内燃机

可能是用空燃比等等这种表达

这没关系

这互相之间可以换算的

我希望大家能够熟悉这种术语

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

反应物与生成物的组成笔记与讨论

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