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氮氧化物的形成(二)

下一节:氮氧化物的危害

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氮氧化物的形成(二)课程教案、知识点、字幕

前面我们主要把热力型的

一氧化氮的形成和N2O

也就是氧化亚氮的

中间体的这种形成的机制

跟大家做了一个介绍

下面的话

我们来看一看

实际上就是还有一个

非常重要的一个现象

有人发现 这个人的话

就是Fenimore

Fenimore在研究

氮氧化物机理的时候

跟碳氢燃料燃烧的时候

他发现氮氧化物的机理

跟化学的反应过程是密切相关的

而且它直接在火焰当中

层流的预混火焰

火焰当中就会快速形成

氮氧化物

而且它比热力型

我们用泽尔多维奇的话

要来得早

还来得快

那他就把这种现象命名为

叫快速型的NO

或者我们现在有直接叫

Fenimore NO

Fenimore机理

那么机理到底什么

他后来做了一个解释

Fenimore机理的话

我们知道泽尔多维奇

类型的话

是氧和氮直接在进行反应

而Fenimore他发现

实际上主要是由碳氢这种分子

来跟氮进行反应

反应形成了什么

形成了胺和氰这样一些物质

比如像CN HCN

这样的物质以后

这些物质再进一步氧化

变成什么

变成氮氧化物

过程我们把它称之为

叫Fenimore机理

那么大概的一个写法

大概就是CH

CH跟一个氮气去反应

就变成HCN加上N

比如C跟氮气反应

变成CN

加上一个N

碳和氮的反应

总的来说

它会从一个HCN

和CN先产生

产生了以后

它进一步怎么样

进一步转化变成什么

变成氮气

当然它会比如在氧的作用底下

HCN在氧的作用下

变成NCO加上氢

那么它进一步反应

比方变成NH加上一氧化碳

那么氮的话

不断的反应的话

产生很多

通常如果是

就是当量比不太大

也就是说它接近于

就是化学当量比

比如说1.2以下

甚至是贫燃料

这个前提底下的话

大概是这些反应就可以了

但如果当量比特别高

就是特别富燃料的时候

当还会有很多其他的反应出现

那时候化学反应就非常之复杂

大家有兴趣的话

可以去读一下

Miller和Bowman他们的

综述里边的描述

包括甚至NO还会重新什么

重新循环回来

就逆反应变成HCN

等等这些现象都会产生

进一步的

如果再进一步的话

它实际上

快速型和泽尔多维奇

怎么样

会同时作用

同时它产生的

就是含氮的这些

像HCN氰胺的这一类

还会还原什么

氮氧化物

而不是会产生氮氧化物

也就是说这个机理

就是N会去和NO反应

变成氮气加上一个氧

大概的思路

所以这个的话

会非常非常复杂

但这东西也非常有趣

那么下面这张图的话

实际上就表达了这样一个意思

就是一个碳氢化物跟氮

变成了什么

HCN CN NCO HNCO等等

这些途径

它也可以跟NO怎么样

在氮的作用底下

还原成氮气

那么也可以什么

氮或氧化成变成氮氧化物

它是互相竞争的一个关系

那么这张图

大家还可以看出来

左下角还加了一个燃料氮

实际上的话

我们很多的燃料

实际上它里边含有一些氮

天然气当然没有

油里边有

那么煤里面就更多了

那么这些燃料的氮

它怎么样

它产生也大概是会产生氰氨的

这些东西后续的反应

基本上跟快速型的

或者跟Fenimore

氮氧化物的反应的话

完全一样

所以可以看出来

这个的复杂性

而且氮的话

通常高达大概有百分之一二水平

煤里面大概有1%到2%

石油里边稍微少一点

但是也会有

所以这个是非常有意思的

那么燃料里边的氮的话

大概就是这么一个过程

那么实际上

产生的氮氧化物

通常在燃烧过程当中

产生的氮氧化物

通常是一氧化氮

实际上在燃烧过程中

它有一部分还会进一步氧化成

变成二氧化氮

那到大气当中的话

通常会经过一段时间

也会变成二氧化氮

而二氧化氮的话

是形成酸雨 光化学雾

这些东西

非常非常复杂的过程

那我们一般来讲的话

我们把总的NO

加上NO2

叫做氮氧化物的总量

关于一氧化氮变成二氧化氮的

反应的话

应该说是相当的复杂

包括它在氢的作用底下

在羟基的作用底下等等

都会形成各种各样的复杂的反应

那么具体的反应的话

特别在低温底下的

这种反应的话

在大气中

等会儿我们补充

专门要讲到

那么刚才这里边

还可能涉及到

比如过氧羟基

在这里边的反应

那么过氧羟基我们知道

它一般来说

不是在高温底下

大家如果还记得氢的

反应的话

那么初始反应

就是链的激发反应的第二个反应

实际上就是产生过氧羟基的反应 对吧

它一般是在低温底下产生的

而氮氧化物

又在高温底下产生

那实际上它是什么

通过混合输送过去的

针对细节的话

当然还有很多很多

可以去研究的

大家有兴趣可以读有关的文献

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

氮氧化物的形成(二)笔记与讨论

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