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全平衡(选修)

下一节:水煤气反应的平衡

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全平衡(选修)课程教案、知识点、字幕

好 刚才我们针对整个的

燃烧系统

利用热力学第二定律

我们针对一个复杂系统

我们说了要有元素平衡

包括热力学第二定律

热力学第一定律

才能把所有的问题来完成

好我们下面

就来看一个例子

我们针对所有的燃烧

怎么去计算它的过程

要燃烧完全

需要热力学第一定律

化学平衡加上元素平衡

我们能够获得哪些规律呢

就是绝热燃烧的火焰的温度

以及最终的组份的详细的组成

这就是我们所需要的目标

也就是我们一开始

就提出来的这样一个目标

那下面我们就来看一看

我们得到的一些计算结果

接下来的这几张图

将表达的是

丙烷燃烧的过程当中

它的各种各样的产物

当然这里边有好多参数的变化

那我们知道丙烷如果完全燃烧

也就是说我们是贫燃料的时候的燃烧

那基本上它的产物也二氧化碳

水再加上可能过量有氧气

再加上氮气大概也就这四种组分

富燃料的时候呢

可能当然也有水有二氧化碳

但主要可能

还会出现一氧化碳

还有什么还有氮气(氢气)等等

那么如果从整体来讲

它的各种燃烧产物

那么就包括了一氧化碳二氧化碳

氢 水 氢原子

含氢的还有羟基

含氧的比如氧气和氧原子

含氮的包括一氧化氮

氮原子 氮气

当然如果再进一步氧化

就是二氧化氮等等都会出现

那么在什么样的条件底下

这些组分怎么来变化呢

我们来看一看

我们下面看一张图

这张图表达的含义就非常清楚

大家看横坐标是化学当量比

也就是说等于1的时候

它就相当于

它刚好是一致的

而小于1的是贫燃料

也就是说空气过量

而大于1的是燃料过量

大家可以看一看

那温度你看一看

在什么地方达到最大值啊

你就会发现

大概是Φ等于1.05的时候

达到最大值

大家看一看如果在贫燃料的时候

那么一氧化碳

就非常小的小值

而如果是富燃料的时候

氧气就非常小的值

这两个刚好不一样

但是氢气也是一样

跟一氧化碳的规律一样

在贫燃料的时候非常小

而富燃料的时候比较大

而水蒸气和二氧化碳

就不管是贫燃料还是富燃料

都是相当的值

这就是它的基本规律

大家就会想了为什么

在1.05的Φ的时候

温度达到最大值呢

它最大值就是两千多K

而且是略富燃料的时候

水的最大值可能更大一点

那么这什么原因呢

实际上这是燃烧的热量

和产物的比热的一个

比热的互相竞争的一个关系

那么大概在Φ等于1到Φ达到Tmax

也就是Φ等于1.05之间的时候

热容是随着Φ

缓慢的上升的

而在Tmax之后的话

它又下降了

热容减少的原因当然是

产物的这种变化

所以这个变化

使得它温度体现这么一种特色

我们再来看下一张图

这张图的话呢

表达的是Φ变化的时候

很多其它的

小的量的变化规律

比如我们看

如果是Φ小于1的时候

也就是贫燃料的时候

那么一氧化碳和氢气

也变成非常小量了

那么看这张图你可以看出来

包括有氧原子还有氮氧化物

有羟基有氢

这些基本的内容

大家可以看出来

最大的这些小的量里边

最大的什么是羟基

第二个是什么是氧原子

所以在过程当中

你会发现羟基 氧原子

那么虽然它的量不大

只有几百个ppm

最多也就一两千个ppm

但实际上在燃烧过程当中

什么呀

起了很大的作用

比如氧 氢 羟基等等

只有几百个ppm

甚至一两千个ppm

那么总体来说呢

它是次要组分

而在富燃料的时候

氧气也变成了次要组分

那么总的来说

羟基是要比氧原子高一个量级

而氮原子又比氧原子

低几个量级

也就是说氢氧最大

氧排老二 氮原子是最小

所以说一般来说

为什么是这样

因为氮气

它实际上是三键的一个共价的结构

所以非常难破坏

在自然界氮气非常非常稳定

所以氧和羟基

对NO的形成有非常重大的影响

这以后我们在动力学里边

会进一步去阐述

那么平衡的NO的浓度

在贫燃料区

也就是在Φ小于1的区间

相当的高

但是大家要注意到

实际上在富燃的时候

它下降就非常非常快了

那么应该说这是一个

达到平衡的时候

它的浓度非常高

但是大家会有一个概念

我们真正的燃烧系统

氮氧化物实际上没有那么高

那什么原因呢

实际上可以理解一下

实际上我们需要

从动力学的角度去分析它

这个到时候我们后面要讲的

第四第五章的内容

那么动力学角度的话

你发现实际上什么意思呢

氮氧化物的形成

在我们一般的燃烧体系里边

并不能够完全达到平衡

这也就是说

为什么我们在燃烧过程当中

现在越来越重视动力学的

一个很重要的原因

在污染物的形成

和控制方面

需要我们对动力学

有所了解

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

全平衡(选修)笔记与讨论

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