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(二)

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化学时间尺度(二)

下一节:部分平衡

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化学时间尺度(二)课程教案、知识点、字幕

刚才我们讲解了

化学反应时间尺度的

一些基本概念

包括我们获得了

就是单分子 双分子

和三分子的反应的

时间尺度

反应时间尺度

下面我们就用一个例子

来进一步说明

这些反应的时间尺度的

一个应用

那我们用四个反应

这四个反应都是很重要的反应

第一个反应是甲烷

在羟基的作用底下

变成一个甲基加上一个水

那么这是一个

就是甲烷氧化的最主要的反应

那么第二个反应的话

是一氧化碳加上一个羟基

变成二氧化碳加一个氢的

这么一个反应

这是什么

这是一氧化碳

氧化的最主要的反应

那么第三个反应的话

是CH加上N2

变成HCN加上氮的

这么一个反应

而这个反应

实际上后面我们会学到

它是一个氮氧化物的快速型

或者叫费尼莫尔(Fenimore)

产生机理的最主要的一个反应

那第四个反应是

氢加上羟基来组合

变成一个H2O的这一个反应

也就是变成水的

这是一个自由基的消耗反应

就或者是三体的反应

那么从我们前面

对整个的理解的话

我们来看一看

这四个反应它们的时间

在不同的条件底下

它的时间

化学反应时间的比较

就能理解它的各自的这种作用

那么首先我们大概有一个判断

比如三体的反应

通常是比较慢的

所以我们是不是

真的计算结果看看对不对

就看你那个三体反应

就是第四个反应

可能是最慢的

化学反应时间是最长的

我们分成两个条件

一个是低温条件

大概1300多K

第二个是高温条件

是2200K左右

这两个条件下的各种组分

我们就留在这

大家可以看一下

它的初步

有一个判断和感觉

那么有了这样一个组分以后

我们就可以进行计算了

那详细的计算的过程当中

我就不详细

因为每一个

我们可能都需要有一个

特定的分子

看它的时间的变化 对吧

那我们来看一看

比如我们这里边主要是算

比如我们对第一个反应

我们是不是能看看

它的羟基的变化等等

各种变化

实际上我们都是可以去

算它的浓度的

通过刚才那一个摩尔分数

我们把各种浓度

都可以算出来

包括羟基 甲烷

所有的浓度都可以算出来

那么也可以算出来

它所有的反应的

第一个反应 第二个反应

第三个反应 第四个反应的

所有的K也都能算出来

那我们同时也可以看出来

里边的某一个特定的

比如它的反应的时间的尺度

比如我们第一个反应就是羟基

我们拿羟基的它的时间尺度

作为一个最基本的理解

那么我们发现就可以看出来

它的真正的时间

大概是多少

是0.28毫秒

也就是羟基的

大概变成1/e的

羟基的浓度的时候

是0.28毫秒

是非常快速的一个(反应)

那其它的反应也实际上都是一样

你可以都去算去

我就不详细的一个个介绍

包括比如我们的M的浓度

算什么

那主要是一些稳态的物质

比如像氮气

像里边的水

作为最基本的

好 那么我们用氢比如是

我们第二个反应用氢来表达

就这样的话我们来看一看

这个的过程

那么记住了

这样里边是八个时间全部出来

第一个时间是什么

是低温的

1300多K的这么一个条件底下

而你看看哪个反应最快

是第二个反应最快

也就是一氧化碳的氧化速度

你可以看出来

它只有0.084毫秒

对吧 0.084

这是最最快的

果然像我们一开始预料的

就是第四个反应

不管是1300多K

还是2200多K

它的时间是最长

都达到了毫秒级

第一个是8.9毫秒

第二个是2.3毫秒

但我们来仔细来肯一看

发现在低温底下

实际上是比较慢的

第一个反应是比较慢的

是0.28毫秒

但到了高温底下

它变成最快的一个反应

所以第二个反应的话

实际上在低温底下

实际上是0.084毫秒

而到高温底下0.031毫秒

也就是说反应并没有增加很快

所以它这个条件

就是每一个反应

对于温度的敏感性

实际上是不一样的

第一个的反应速度最快

而第二个反应的话

实际上变化是最小的

那么第四个反应变化也不大

实际上大概也就是四倍左右

而第二个反应是变化最小的

大概也就是两倍多

而第一个反应

差不多差了几十倍

也就差不多有六十倍

也就是差了几百度

所以每一个不一样

所以它的速度的话

也产生了变化

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

化学时间尺度(二)笔记与讨论

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