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
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
-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