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 > 化学时间尺度（一）
那么我们实际上
通过前面的讲解
我们已经知道了
任何一个化学反应
我们都有办法去算它
随着时间 任何一个反应物
或者是产物的浓度
随时间的变化的速度
那么实际上在真正的
燃烧过程当中
由于是很多的化学过程
和物理过程的这种耦合
所以我们要常常要去理解
它的各种时间的
尺度之间的关系
时间尺度的关系
那么能够通过
这种时间尺度关系
是来分析一个燃烧
是哪些主要的过程
是起到了控制的作用
比如有的可能是
化学反应控制的
有的是流动控制的
有的是传热控制的等等
这些都显得非常重要
所以从这一讲
我们要讲一个
一个非常重要的概念
就是化学时间尺度
那么化学时间尺度
当然从认识上就很简单
它就是化学反应完成
所需要的时间的这么一个
一个时间的尺度
那么更准确的去
要知道化学时间尺度的话
我们常常主要是要针对
比如流动 扩散等等
时间尺度的量级的话
是非常重要
那比如我们非常简单
比如我们在后面
要讲湍流里边
会引入一个叫Damkohler数
Damkohler数
实际上就是流动时间尺度
和化学反应时间尺度之比
那我们就知道
如果一个化学反应
一个不管是湍流的化学反应
非常复杂
如果它流动控制的
和化学反应时间控制
也就Damkohler数
如果是>>1
也就是流动控制的
我就有办法
去用一种办法去解决
如果它<<1
流动（特征时间）<<化学反应时间
那我就是用另外一种方法
所以像这样一种过程的话
实际上非常重要
那么下面我们就针对
三种基元反应
怎么来确定它的时间尺度
那时间尺度的话
实际上是一个
非常人为的一个考虑
那么考虑的话
我们怎么来表达它
我们常常认为
也就是说它的任何一个反应物
它的浓度
变成了初始的浓度的1/e的时候
也就初始的浓度的1/e
那么就认为
它这个时间的尺度
我们把它定义为
叫单元的时间尺度
这就是我们的一个定义
我们就把它叫τchem
有点非常类似于
因为它实际上是
我们从刚刚先面的分析
我们知道
在单分子反应里边
浓度是指数变化的
所以这样的话非常简单
你也可以用另外的定义
比如反应的当时的浓度
变成了初始浓度的10%
或者甚至是5%的时候的时间
也可以（当做特征时间）尺度
但由于它的这种
指数变化的关系
我们用1/e的话
定义就显得特别简单
那你就可以看
你拿1/e一带进去的话
那τchem
也就是时间的尺度什么样
就等于1/k
所以的话
理解是什么意思
时间尺度
跟初始的浓度怎么样
有没有关系
是没有关系的
是跟表观的速度常数有关
而且是跟它的表观速度常数
成反比
这样的话我们就非常
直觉的已经能感觉到
时间尺度它的物理的含义
也就是说表观的时间常数越大
怎么样
它的时间尺度越短
也就是反应越快
这是很容易理解的 对吧
那我们来看看双分子反应
怎么来定义它
那双分子反应
当然我的A的浓度
比如它就是一个
Kbimolec[A][B]
那么如果A和B的浓度
是相当的时候
那就很容易理解
A就等于B对不对
那就是变成一个平方关系了
但实际上常常
有时候A B它并不是当量的
但是我们知道反应的过程
是什么样的
我消耗一摩尔A
一定会同样消耗一摩尔的B
也就是说我的
那么很容易理解
就是[A]0减去我当时的A的浓度
就是消耗的A
那就等于[B]0-[B]
那也就是说B的浓度
是可以用A的浓度来表达的
那我就把B的浓度
代到前面那个式子里边去
就得到了一个
d[A]/dt的这么一个关系式
那么这样的话
我们也同样定义
还是用1/e去定义的话
就得到一个稍微复杂一点的
τchem
就是下面式子
那么通过这样的式子
我们也完全可以
很详细的去
把它解出来
那么一般来说的话
常常的话
我们在正式的反应当中
会是某一种物质（浓度）大很多
比另外一种大
那么这个时候的
反应的一个特点是什么
就是说比如A和B两种分子
B的分子浓度高很多
那么A的浓度快速下降
那B的浓度怎么样 几乎不变
比如B是A的100倍
A全部消耗完了
B只消耗了1%
所以[B]完全可以
假设它就完全不变
那么这个情况下
你发现τchem
就等于[B]乘上1/k
B的浓度分之一
又变成了一个常数一样的东西
那么从这里边可以理解的
也就是说
但是也可以理解
对于二阶反应来说
它（τ）跟反应物的初始浓度
是有关系的
它跟速度系数也有关系
也就是说初始浓度越大
我的化学反应时间尺度怎么样
越短
速度系数越大
它的化学反应时间也越短
这个也可以很容易理解 对吧
这就是双分子的
那三分子实际上是非常容易
一样的类推
实际上就是比如三个分子
A+B+M=C+M
那你同样去写出来一个d[A]/dt来 对吧
那就等于一个kter
乘上[M][A][B]
[M]可以假设基本上不变
同样你可以把[B]和[A]
通过刚才那个关系式
可以把它表达出来
那么同样的话
你就可以获得一个
如果跟刚才的一样的假设
如果[B]>>[A]的话
τchem 就是等于
[B][M]k
这三个都在分母上 分子=1
那么这个的话
实际上就是很好的表达了
它的含义
那么大家非常简单的总结一下
对于单分子反应
它（τchem）实际上是跟初始浓度（[A]0）无关
只跟它的k有关
而且跟k成反比
对于双分子反应
你大概有个概念
（τchem）是跟初始浓度（[B]0）是相关的
而且跟初始浓度（[B]0）成反比
那么对于三分子反应的话
就是跟初始浓度（[B]0、[M]）
差不多它的乘积（[B]0[M]）成反比
因为B和M
如果是[B]>>[M]
实际上[M]基本上就是[B]
你可以理解一下这样一个过程
或者包括它的产物
所以它跟初始浓度（[B]0）
平方成反比
所以就可以这样理解
也就是说
对于不同的阶数的（反应）
初始浓度对它的影响
是不一样的
k统统是一样的
都是在分母上
统统跟k成反比
这个大家容易理解
-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
