当前课程知识点:燃烧理论 >  第四章 化学动力学 >  4.4 多步反应机理的反应速率 >  净生成率

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净生成率

下一节:反应速率常数与平衡常数关系

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净生成率课程教案、知识点、字幕

那么通过前面的话

我们知道了有基元反应

那么有各种各样基元反应

有单分子反应

双分子反应 三分子反应

但实际的反应过程

我们就前面讲到它是一个

在任何一个系统里

是很多很多反应同时在进行的

那我要知道

比如 很简单

比如一个氧 或者一个氢

它在反应

它不光是参与一个反应

那么如果它参与多个反应的时候

它的反应速率怎么来获得

那它当然跟它的每一个反应

都有关系 对吧

比如同时有的时候

还会生成

有的会消耗

那我们来看看怎么来进行计算

所以我们就引入一个

所谓的净生成率的概念

我们从刚才前面讲到

我们说所有的基元反应

全部加起来

就有一个反应机理

那么这样一个反应机理的话

我们对每一个反应怎么样

如何去表达它的反应速度

我们已经都知道了

那每一个的话

都能表达它的

如果我们正确的

这个时候所有都知道的话

我每一个实际上都很清楚

那如果我们在数学上

一系列的这种基元反应

或者整个反应机理

是对于任何一个组分

怎么来获得它的总的速度

也就是它产生和消耗的速度

我们全部加起来

知道它的速度

怎么来进行表达

好 我们还是回到这个

就是氢的燃烧反应

也就是氢和氧的这个反应机制

我们用四个就是可逆的反应

来表达

第一个当然是 很简单

就是氢气加氧气碰撞

变成HO2加上一个H

那么第二个话

实际上这个氢

就是跟氧气去反应

变成一个羟基加上一个氧

那么这个羟基

进一步去跟氢气去反应

就变成一个水加上一个氢

那么这个氢的话

也会进一步跟氧气去反应

这个需要第三体

会变成一个过氧羟基和第三体

那么这需要第三体的存在

就是把能量带走

那么在所有的

实际上是有正反应 负反应

所以一共有八个反应

那实际上我们来看一看

比如我们针对氧气

它的净生成率

或者它的净消耗率

它应该是等于

所有生成氧气的反应

减去所有消耗氧气的反应的

速率之和

那实际上这里边

一共是有三个反应跟它相关的

再加上正反应一共六项

所以它一看就是六项

所以根据质量作用定律

我们就写出这么一个式子来

这个就是我们一般的

就是针对任何一个

复杂的反应体系的一个反应的

或者一种物质的净生成率

我们如何获得这个方法

同样我们也可以得到氢的原子

氢气 甚至羟基 过氧羟基

我们统统可以写出来

那么一般来讲的话

我们实际上就最后的话

把所有都写出来你就可以看到

它实际上是一种什么

是针对任何一个组分

都写出来的话

你就可以得到一个什么

针对多少个组分

就有多少组的

一阶的这个常微分方程组

那实际上我们变成了什么

要求解这个常微分方程组

那么它的初始条件

当然就是它的反应物

应该是它的初始

那生成物通常应该等于零

就是这么一个初始的一个系统

那你就可以去进行计算

再变成了一个常微分方程组

如果我们真的更大的

如果针对未来的一个

更大的一个

真正的燃烧系统的话

如果我们把这样一个

化学反应速率的

这一套变化规律

跟质量守恒 动量守恒

组分守恒 以及包括状态方程

这一起的话

就能够完整的去描述

整个燃烧的过程

那么这个过程的话

实际上现在我们已经有

很多软件可以去算

不过比较注意的话

实际上这一类方程

它是一个非常特定的

是一些刚性的方程

这是化学反应里边非常重要的

而刚性方程通常比较难解的

那什么是刚性方程呢

你会发现化学反应

它有的化学反应

反应速度非常快

而有的化学反应速度

非常慢

所以使得最后的结果

有一些组分它的变化快

有的变化慢

这样的话它的这个积分的方法

可能有的时候就需要一些

好的一些新的方法

专门要针对这样的一些

就是有快有慢的这样一种方程

我们称之为刚性的方程组

那么怎么求解呢

有一些新的办法

那么这个的话

应该说通过这样一个

系统的这样一个描述

我们能够比较好的

能够对化学

或者对燃烧的过程进行理解

那么现在的话

应该针对这样一个

如何去求解这样的刚性方程

就这种速度的不一致性

包括如何去进行

这样的数学的求解

那么都是一个专门的领域

现在也应该有很多的进展

大家有兴趣

也可以去读读各种文献

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

净生成率笔记与讨论

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