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简化机理(选修)

下一节:催化和非均相反应(选修)

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简化机理(选修)课程教案、知识点、字幕

好 我们从前面的讲解

我们也讲了很多方法

怎么去研究一个

燃烧里边的化学反应系统

那实际的

化学反应系统的话

通常会相当的复杂

比如我们最简单的

一个氢的反应

那么实际上涉及到

大概十个左右的这种组分

大概二三十的反应

那么比如甲烷

一个甲烷的话

实际上现在最复杂的机理

大概涉及到七八十种组分

那么二百多个反应

那你要去写

如果按照我们前面的

如果要把它详细机理写出来

我们要写的话那就怎么样

就写出七十多个常微分方程组

去求解 对吧

而且它是刚性方程组

求解也很复杂

所以 如果是真实的汽油柴油

它实际上是一个混合物

那碳达到七 八甚至十几

那你要真的要针对

这样的一个系统

你要做(详细机理)的话

它可能涉及到成千上万个组分

那么上万 几十万个反应

那你基本上

现在的计算机

根本就没有办法去做

在右边这张图

这张图就显示了一个

大概的概念

我们现在已经

组分达到10的3次方到4次方

也就是成千上万个

那它的反应

就是上万 上十万个

它基本上就是说

我的反应数

大概就是组分数的五倍

那么这有非常良好的

一个线性关系

这是我们常常说的Lu-Law图

那么就是可以看出来

是一个非常非常复杂的过程

你要说完全用机理去做

那就很复杂

那所以现在的一个

非常重要的领域

如何用最少的机理来

最少的反应

最少的组分

能够去表达实际的过程

而且不需要去处理

很复杂的机理

也可以获得

我们所关注的一些

最重要的组分

我们可以获得它的精确预测

如果这样获得以后

我们在很短的时间内

就可以进行各种各样的

进行计算

那要不然我们一算就算好多天

算一个工况

我一看我不对

我又去重复 根本就受不了

所以现在是一个

非常非常重要的领域

刚才实际上我们讲了

局部的平衡方法和叫什么

叫稳态近似方法

实际上简化机理的

一个很重要的方法

那么其中另外一个

最重要的方法的话

当然这个方法有很多

比如我们把它归类

还有很多的方法

其中一个最最重要的方法

那么现在也是最最常用的

就是敏感性的分析方法

那我下面非常简单的

给大家介绍一下

敏感性分析它怎么做的

那一般来说

它首先是要区分所有的

这种组分里边

哪些是重要组分

所谓重要组分

就是我们很想知道的组分

实际上跟我们的研究

是有关系的

比如我们以前研究

主要关心燃烧

它的主要的组分

比如像生成二氧化碳 水 氧气

碳氢化合物

就这几个主要组分

但现在比如我们对污染物

特别感兴趣了

那对氮氧化物 氧化亚氮

二氧化氮 三氧化二氮

五氧化二氮等等

这些东西我们都感兴趣了

那我们可能就要研究这些东西

也就是感兴趣的组分

是首先要列出来的

第二个我们称之为

叫做必需的组分

也就是对重要的组分

相关联的这些组分

我们都必需要知道

那么我们必需要把它理出来

那再看看其它的

可能对这些重要组分

和必需组分没关系的

我们把它多余的组分

但是说实在的你要把

说哪个多余的这件事情

不太好说

但从原则上讲又很简单

就是跟重要组分和必需组分

没有重要影响的

我们统统把它归为多余组分

那么可以把这里边多余的组分

就把它剔除掉

那么怎么来剔除

实际上常常的做法

实际上是用一个

详细的化学机理

来通过对i 组分

比如对每一种组分

我们重要的组分

看它的产生率的影响的大小

那么影响的大小

就来分辨出影响小的

我们认为是多余的

就这样的不断去试触

慢慢的就能够得到一个

在一定的条件底下的

一个简化组分

那么通常用一个标准化的

Jacob值

来平方和来算

算出来哪个最小

那我就把就去掉

是常用的

那么这种速率敏感性的

这种分析的话

是我们常常还有一个

很重要的方法

就是摄动法

就看它我变化一下

看它是不是非常敏感

那么下面

就是实际上就是敏感性的

分析的方法

就是Fj 我们算Fj

如果对某一个反应j

如果它算出来Fj

如果小于某一个我们限定的值

那我就把它这里边去掉

当然要很敏感

你要看去掉以后

对整体的一个影响大小是不是

不断的试

总的来说就是我们通过

这样一个简单的

敏感性分析

可以去除多余的组分

这样的话

大大的简化整个的机理

应该说简化机理到现在为止

还是一个

就是大家都还在

拼命在做的一个工作

那么也有很多新的方法出来

比如说矩阵的分析

还有甚至最近有图论的方法

那么现在已经形成了

很好的方法

现在用的非常多

最近还有人用

这种社交网络的方法

来判断它关联性

就可以去除这种(多余组分)

很多很多新的方法

相信在这个领域里边

还有很多有趣的

这样一种新的方法出现

大家有兴趣的话

可以去读一些新的

最新的文献

也许可以引起大家

(进行)很有意思的一些研究

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

简化机理(选修)笔记与讨论

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