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总包反应和准总包机理

下一节:复杂机理和起源

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总包反应和准总包机理课程教案、知识点、字幕

通过前面的这样一个学习

我们已经对高碳氢化合物的

这样一个反应的机理

或者反应的主要途径

用了一个三步的这样一个

大概的过程

和八步的这样一个过程

有了一个基本的了解

那我们来看一看

怎么来对它

构建我们

怎么去预测它的

化学的反应的速度

那么这里边就介绍两个

一个是单反应

就是有一个反应

或者有一个总包反应来表达的

我们把它称之为叫单一总包反应

我们用一个四步的反应来表达

我们把它称之为叫准总包反应

说实在的

要把这么详细的

多步的碳氢化物

全部要搞清楚

是非常非常困难的

大家如果真的有兴趣的话

专门去阅读一下

就是当时叫Westbrook和Dryer

这两个都非常著名的学者

Westbrook是前任的

国际燃烧学会主席

Dryer是普林斯顿

刚刚荣退的教授

他去年获得燃烧学会的金奖

应该是前年吧

所以他们主要的贡献

就是在各种碳氢化物的这种

就是各种反应动力学的

研究上面

好 首先就是一个总包的

单个的一步的反应

那么我们用的是一个CxHy

那么加上氧气

直接生成二氧化碳加上水

那么配平很容易了 对吧

也就是说氧气要多少

就是x加上四分之y

对吧 四分之y

所以这样的话

很容易就

我们获得了一个总包反应

那总包反应(速率)

如果叫它KG的话

那你就可以直接写出来

d 就是燃料的浓度

随时间的变化率

那么就是我们所需要

求的化学反应速度

那么它可以直接写出一个

它的一个指前因子

加上一个活化能的关系

再跟就是燃料和氧气

是m和n计数的

一般来说m n肯定不等于一

对不对

就这样一个简单的式子

就把它表达出来了

我们在表的5.1里边的话

列出了所有的A E这些参数

那么就针对这个的话

就非常的清晰

就可以看出来了

那么它的话

实际上现在已经证明

即使是这样简单的一个反应

因为它是跟实验来获得的

所以它可以跟很多火焰速度

可燃的极限等等

可以符合的非常好

所以也比较实用

如果大家用最最简单的

去做一些简单的分析的话

完全可以用这么一个单一的

总包反应来表达

下面的话

我们就来看一看

就是稍微复杂一点

针对前面的那个三步的

那个反应的话

提出一个准总包反应

那么这个总包反应的话

由Hautman来发展起来的

那么四步的话

实际上代表了

就是前面的那三步

第一步是什么

第一步是假设CnH2n+2

就变成什么

通通变成了烯烃

就是C2H4加上一个H2

也就是变成烯烃

那么烯烃的话

再变成一氧化碳加氢

再的话

就是一氧化碳和氢

分别变成一氧化碳(二氧化碳)和水

所以看上去是四步

实际上前两步只是

一个变成烯烃

烯烃变成一氧化碳

一氧化碳再变成二氧化碳

这实际上是一个三步(反应)

氢的话

实际上变成水

是一个附带的

或者是所有的里边都一样的

实际上就表达了

前面那个三步的基本的步骤

那我们针对这四个

可以列出来它的化学反应

动力学的四个(反应)的过程

那么第一个就表示的就是

就是整个CnH2n+2

烷烃的

浓度随时间的变化率

那么它可以写出来

大家可以看出来

就很有趣

我们一会儿再来解释这个式子

为什么出现这样一个(现象)

比如它的反应里边并没有什么

并没有乙烯对不对

但是它化学反应

动力学里边

乙烯在右边就出现了

你看再看乙烯的变化率

它不光跟乙烯有关

而且跟什么

而且跟

燃料的浓度也有关系

你看这个指数

那么一氧化碳的变化率

还有氢的变化率

这两个都是

比如一氧化碳的变化率

也不仅仅什么

跟氢跟氧有关系

而且跟什么

乙烯有关系

那么包括比如一氧化碳的

变化率

也是一氧化碳氧化

还跟什么

它的当量比有关系

φ有关系

为什么

我们可以好好的想一想

因为这实际上什么

是一个总包的这么个反应

那么大家也同样可以在表2里边

就是我们在表2里边列出了

x a b c这些指数

那么注意一下

反应的基本的过程

比如 我们这是一般写了

但是我们前面讲的

主要是用的是丙烯

那丙烯的话

可以理解

而且你会发现怎么样

有的反应里边

指数什么

C2H4

比如它的指数是负的

负的什么意思

大家想一想

是负反应级数 对不对

也就是说它的存在怎么样

是会抑制它的反应的

比如你可以看出来

反应的速度里边

C3H8和C2H4

也就是这两个反应里边

对于后续的氧化过程怎么样

它是起到抑制作用的

如果大家还记得

前面我们用一个

基元反应

来推导出总包反应的过程

你就可以理解它(负级数)的过程了

因为虽然实际上

我们写出的

四个准总包反应里边

看不出(抑制作用)

实际上它跟逆反应有关 是不是

那就说明它(逆反应)里边的作用

所以它出现负指数

这是一个前面我们没有讲到的

希望大家能够理解

为什么会出现负指数

实际上你们大家刚才注意到

前面那个5.3到5.6方程什么

涉及到什么

产生了三个组分

跟我们前面的产生两个组分

或者是单个组分

情况就完全不一样了

所以它并不满足这种

产生两个组分的

这种总包的步骤

希望大家能够对这个

进一步理解

是怎么能够得到东西的

大家有兴趣可以进一步的去

阅读相关的文献

因为把这些东西全部搞清楚

是一个专门的领域

大家现在记住这些基本的现象

就可以

也就是说高碳氢化物

我们用一个四步的反应表达出来

它有一些特殊的现象

比如在我们反应物里边

没有参与反应的

看上去从总包上没有参与的

它在速度的方程里边会出现

比如我们有一些反应物的

反应指数会出现负数

这些都是一些特殊的

希望大家能够去理解

这样一个过程

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

总包反应和准总包机理笔记与讨论

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