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 >  部分平衡

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部分平衡

下一节:简化机理(选修)

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部分平衡课程教案、知识点、字幕

好 我们前面的话已经讲了

各种各样的化学反应的

各种各样的分析

那么我们慢慢的

越来越对化学动力学

以及化学机理有所理解

那么我们总的来说

要一个复杂的基元反应组

也就是一个反应机理

那么我们已经有一个

简化的办法

就是用稳态近似的方法

那下面的话

我们讲另外一个简化的方法

就是所谓的局部的平衡

那么稳态近似的话

我们已经知道了

它是针对某一种组分

它这种组分

可能是很多很多反应

对它都产生影响

但不管你产生什么影响

它在反应过程当中什么

基本上它的浓度不变了

那么我们假设这种浓度

随时间不变了

这是一个基本的理解

那实际上我们在讲到

就是Zeldovich的

氮氧化物的形成的

机理的时候

讲到一个初始反应

就是氧气和氧原子的反应

我们已经用到了

认为是很快处于平衡状态

我们就获得了

氧原子的浓度

那这个实际上是基于一个

最基本的假设

那什么意思

我们发现在许多的

燃烧的系统里边

或者反应机理里边

它分成了不同的这种速度

有的反应特别快

不管是正反应 逆反应都很快

而有的反应是什么

是特别慢

那比如你像三分子的反应

它常常就很慢

那有的反应就特别特别快

像链式的分支反应

通常会非常快

那么怎么样

我们对于快速的反应

特别是对于那些

就是跟那些慢速反应来比的话

它很快就认为

它达到了平衡了

也就是单独一个反应

就处于平衡了

那么一旦平衡的话

那么就可以直接写出来

它怎么样

就反应物和生成物怎么样

它处于平衡

我们直接用平衡常数

就可以写出来

它的一个代数的关系式

这样也可以大大的简化

化学反应的动力学

所以下面我们来看看

怎么样来做这个事情

而下面我们还是拿

A2+B2=AB的这么一个

关系式来看

那我们就是什么

拿一个A的原子

去冲击一个B分子

比如说是变成AB+B

那一个B的话

再进一步不断的往下

它实际是典型的这么一个反应

在这里边

一共是摆出了七个反应

大家可以一个一个去看

那我们拿这个反应的话

来看看它的局部的

平衡的方法

那么在这一组反应里边的话

实际上它的

就包括了中间的产物

和稳定的产物

而这组中间的活性产物

是包括A B

就这分别还有AB

就是这三个

而稳定的产生出来

A2 B2和A2B

所以的话

实际上就是它们

这两类的话

就明显有不一样的地方

那我们来看一看

那么这些的反应

各个反应

比如我们第一个反应

P.1f和P.1r

那我们假设这两个反应的话

是跟其它的比

那么比P.4f的反应的速度

要快很多

比如说它的复合反应要快很多

那我们就可以假设什么

反应处于所谓的平衡状态

那么这种过程我们把它

这种特征

双分子的这种转换特征

我们把它称之为变化反应

因为自由基的组分

和最终的产物之间

是不断的转化的

我们就把正速度的反应

和逆反应的速度怎么样

就假设它就是相等的

那么一相等的话就可以看出来

就是这两个怎么样

这两个实际上就是

就变成一个代数方程式

那这样的话

我们就可以直接写出来

它的就是平衡的关系式

这么三组平衡

那就直接就可以写出来了

写出来了以后的话

我们就可以解出来

A的浓度

就是A的原子

也就是自由基的浓度

B的自由基的浓度

以及AB的自由基的浓度

那我们同时就这样的话

我们通过这三个自由基的浓度

直接写出来

比如A2 B2的消耗速度

以及A2B的这样一个生成速度

也就是产物的生成速度

都统统可以写出来

大家可以一步步的往下走

就可以写出这样一个东西来

这样就很容易理解了

就是我们通过一个

局部平衡的方法

可以避免去求解常微分方程

直接就可以写出来

它的浓度的这么一个关系式

大家就可以仔细的对比一下

我们局部的

平衡的近似方法

和稳态近似的方法

那么它们两个怎么样

它的结果 最终的结果都是

都是什么

使得我们自由基浓度的

微分方程组

不需要去求解了

直接用代数方程去求解

但是大家一定要注意

局部平衡是针对反应的

而稳态近似是什么

是针对组分的

这两个从物理上

是完全不是一码事情

稳态近似指的是一种

某一种组分

快速的达到了就稳态

就不再随时间变化了

而局部平衡的话

这一个反应跟其它的反应比

怎么样

它很快达到了平衡

也就是说它的生成

或产物的

互相之间就是达到了平衡

所以它是针对反应的

所以虽然它们的结果

都是一样

都是变成了代数方程来求解

显得比较容易

不需要再去解微分方程组

但是实际上它的

基本的内在的原理

是不一样的

所以大家一定要很好的

去理解它们是不同

所以局部平衡再一次强调

它是针对反应

是一个反应

或者甚至一组反应

让它处于平衡

而稳态组分

指的是一个组分

或者多个组分

让它净生成率

实际上强制它等于0

这样一下子

就可以得到很多的代数方程

来进行求解

大大简化整个的求解过程

这也是我们非常常见的

两种简化的方法

那么真正在实际的

燃烧过程当中

我们常常用这样一种局部的

这种平衡的方法来进行简化

比较典型的到前几年的时间

我们很多的公开发表论文

还是会有很多

比如像在射流火焰里边

还有就是电火化点火

发动机的一氧化碳的

这种氧化等等

这些的研究

常常都是利用

这样一种局部的平衡方法

那么应该说局部平衡的方法

在我们后续的

各种机理的简化当中

常常会用到

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

部分平衡笔记与讨论

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