当前课程知识点:燃烧理论 > 第二章 燃烧与热化学 > 2.4 反应物和生成物的混合物 > 燃烧焓与热值
好同学们
刚才我们已经学习了
绝对焓 生成焓
那么这些术语
是针对什么
是针对
某一种组分的
也就说某一种组分
或者是整个混合物
下面我们来看一看
针对反应
一个反应
反应完了以后
它肯定会有
各种各样的能量变化
那我们怎么来表达
它这种能量变化呢
我们就要引入
一个叫做反应焓
那么燃烧当中的反应焓
我们又把它称之为燃烧焓
那比如我们对
任何一个稳态的反应器
所谓的完全燃烧
里边的碳和氢
就变成二氧化碳加水
那么什么是它的燃烧焓呢
我们就假设
所有的产物的焓
减去所有的反应物的焓
这两个绝对焓一比
这就是它的
所谓的反应焓
或者叫燃烧焓
这就是我们今天
引入的一个
新的概念叫燃烧焓
或者叫反应焓
那么任何的燃烧反应
在完全反应条件下
某一个特定状态底下
产物的焓
和什么
刚才我们已经定义了
减去一个反应物的焓
那么我们把它称之为反应焓
那我们怎么来表达它呢
反应焓总量很容易
一个反应是多少
那我就总量大概(就知道)
但我们常常
是以每公斤的反应物
或者是每摩尔的反应物
或者是整个什么
是(每公斤)燃料
所以它有各种各样的
不同的表达
我们把它称为h_R
那真正的这个值
是怎么表达呢
我们如果真正的
算的时候怎么算呢
我们假设有一个系统
我们把反应物
它是在这个标准状态底下
按化学当量比
把它混合好
那么就让它烧
烧完了以后变成产物
产物温度会高
对不对
我让它降下来
降到标准的完全状态
这个时候对外
一定要放热放出去
而这部分热量的话
就是它整个的
回到标准状态底下
它整个的反应的热量的变化
我们把它称之为燃烧焓
那从这个定义
也就很容易了
我们就把它一减
就是h_prod
减去h_reac 就可以了
很简单是吧
如果总量的
那当然是大写
这个大写的H_prod
减去H_reac
也就是两个焓的变化
这个就是燃烧焓
那么针对一个
非常典型的碳
变成二氧化碳的
比如碳燃烧
生成二氧化碳
假设是25℃ 1atm
1kg的碳跟11.4kg的空气烧完
烧完以后让它降到25℃
它放出热量
就393520千焦
大家注意
这个值是负的
为什么是负的
因为它生成物怎么样
生成物的焓低于反应物的焓
这个很容易理解
好 下面呢
我就用一个图例
来分析一下
我们怎么来计算
反应焓
或者叫燃烧焓
那么怎么去表达它
那么我们还是
以甲烷和空气的
混合物燃烧为例
当然现在是
当量比例条件下
那我们知道甲烷和空气的话
空气里边的
氧气和氮气
从反应物的角度来说
它们的生成焓都为0
只有甲烷
甲烷的生成焓
是-74831对吧
大家记住这个
那么产物里边是什么呢
产物里边就是
二氧化碳和水
那么它们的话
我们假设水现在是气态的
那么它的生成焓多少呢
877236
当然是负的了
那么这两个数一减
那么也就是说
以(每)摩尔来比的话
是802405
这就是它的整个的
我们称之为反应物化学燃烧焓
这是以每摩尔计的
但是如果用单位质量来计的话
怎么办呢
就刚才那个
大写的ΔH_R
除以MW_fuel
就是燃料
以单位质量的燃料表示的话
那么燃料
甲烷是多少 16
就刚才那个数
就是八十多万的那个数
除以什么
除以16
那就马上就出来了
等于50016
也就是差不多五万
这个单位
大家注意一下
就变成每公斤燃料了
那我们还可以进一步
用另外一个方程来表达
也就是以每公斤的混合物
也就是单位质量的混合物来表达
单位质量混合物的表达
那当然就是
刚才那个Δh_R
除以什么
m_fuel m_mix
对不对
那想一下
这一公斤的燃料
需要多少啊
我们知道甲烷17.11
也就说这个混合物
是18.11
也就是刚才那个多少
五万多还要
除以18.11
这个就很小了
只有2761.8了就是
那这个的单位是什么呢
也是焦耳
除以什么
除以是每公斤的混合物
这就是不同的表达
实际上它们表达的
都是一个意思
而这种不同的表达方式
我们就回忆一下
生成焓
绝对焓怎么样
会不会有这个
就没有了
生成焓 绝对焓
就是针对某一种物质的
而燃烧焓是什么
针对一个反应的
你可以有
不同的表达方式
这个反应的一种特征
比如我以混合物
还是以燃料(计算)
燃料是以它的质量
还是与它的摩尔(计算)
所以出来不同的数
但实际上
互相是可以换算的
所以完全一样的
所以也不用担心
但是这实际上也反映了
燃烧焓和生成焓 绝对焓
之间的差别
希望大家能够
去理解这一点
好 我们来想一想
燃烧焓是针对
整个反应的
那我们下来
就引入又一个新的概念
就是热值
热值指的是什么
燃料的热值是假设燃料
在标准状态下
完全燃烧时产物的状态
又返回到标准状态底下
所放出的热量
那么燃料的热值
我们通常是以
燃料的燃烧焓的
绝对值来表达
而且它的单位
是以每公斤的燃料
作为表达
刚才我们说了
可以是每公斤的燃料
也可以是每公斤的混合物
也可以每摩尔的
燃料的反应焓
对不对
或者是燃烧焓
而如果我们要
表达它热值的时候
是拿它的绝对值
而且是每公斤燃料的
那么也就是说
每公斤燃料的热值
就是等于每公斤
燃料剂反应的
反应焓的绝对值
或者叫燃烧焓的绝对值
这样我们就出来了
一个热值的概念
热值又变成固定的了
而在热值里边
非常特别
我们说要回到标准状态
也就是25℃ 101325Pa
也就是一个大气压下
标准大气压下
那么在这个条件下
我们想一想
它所有的产物
要达到这个状态
大家想一想
如果水在这个状态
它也可以是水
也可以水蒸气
而水蒸气和水的
它的焓一样吗
是不一样的
这样是不是
它的热值就会不一样
如果是变成水
它的热怎么样
显然放出来要多一点
对不对
而如果是蒸汽
它的热量就少一点
这个怎么定义呢
我们就引入了两个
新的这个概念
一个叫高位热值
一个低位热值
什么意思呢
当产物中的水
全部变成了液相
这个放出热量多
我们叫高位热值
如果产物中水
全部是气相的话
这个时候
放出来热量低
我们称之为
低位热值
这就是高位热值
和低位热值
好 我们先讲到这
后面的话
我们还会拿一个例子
来进一步的说明
高位 低位热值
怎么计算的
-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