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6.1 概述 在线视频

下一节:6.2 定压-定质量反应器

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6.1 概述 课程教案、知识点、字幕

同学们今天我们要讲的是

第六章反应系统

化学与热分析的耦合

下面我们先从概述

什么是反应系统化学热分析的耦合

还有我们要从四个系统

定压-定质量 定容-定质量

全混流和柱塞流

这四个系统来分别介绍

以及它在燃烧系统中的应用和小节

这是本章的主要内容

首先我们要讲反应系统的

化学与热分析耦合

我们都知道燃烧就是一个反应系统

而体现化学反应的是什么

它可以通过参与化学反应的N个组分

Yi的变化来体现化学反应的过程

我问同学

最简单的组分是多少个呢

我们都知道

有燃料 氧化剂和产物

三组分是最简单的

如果我们考虑到具体的

甲烷 氧气 生成的羟基

还有我们通过第四章 第五章学的

那些细致的(基元反应)

它可以有N个组分

N甚至可以到几百个

这是N个组分

而化学反应它会伴随着

放热和吸热的能量转化

它就有热量的变化

体现热的是什么

体现热的就是温度

这就是我们说的

化学与热的耦合

是一个N+1的故事

也就是N的组分(方程)和一个温度(方程)

在反应系统内动态变化耦合的故事

这个时候我们就要想

我们在第二章热化学里面

也讲到了N个组分(方程)和温度(方程)的热力学

燃烧的热力学

和这一章讲的有什么不同

我们都知道在第二章里面

我们讲的是一个

反应的初态以及反应的终态

这个反应的初始状态

和产物的最终状态

决定了绝热火焰温度的概念

这都是由化学平衡决定的

化学平衡不管中间的变化过程

只是初态和终态

而我们这一章讲的是

N+1(个方程) N个组分(方程)与一个温度(方程)

整个的动态变化

这是它们根本的不同

这样我们就要想

当我们联立化学与热分析

进行求解的时候

我们得到的是什么

我们得到的是反应物

向生成物变化过程中

整个反应系统内组分和温度

随时间的变化历程

温度是用T来表示

而化学组分

在第三章里面我讲到

是用Yi

这个时候我们就想

第四章 第五章里面

姚老师课中

是采用的化学浓度

传质用的是Yi质量分数

而化学动力学喜欢用化学浓度

这时我们建立

参与化学反应的组分浓度

和质量分数Yi之间的关联式

首先浓度Xi它可以表示成

单位体积内的质量分数

Ni除以V

这时

理想气体状态方程是什么

理想气体状态方程是PV等于Ni Ru T的乘积

如果把V除过来 Ni除以V就是浓度

这时

Xi等于P除以Ru T乘以摩尔分数xi

这是道尔顿分压定理

通过摩尔分数和质量分数的转换

可以得到

左边Xi和右边Yi

之间的关联式

同学们一定要记住这个关联式

这个关联式表明质量分数和组分浓度

是一一对应的

质量分数

体现的是传质的过程

而浓度是化学反应

所经常用的一个量

它们之间是一一对应的

这个时候我们就可以选择

四个原型热力学系统来进行研究

这四个典型的热力学系统

都是来自于热力学

而且都是最简化的

这四种热力系统

就是动力学和最基本的

能量守恒方程的联立式

首先 前两个系统

是来自热力学的闭口体系

第一个是定压-定质量反应器

这个反应器

整个反应器空间里是完全混合的

所以在任何空间的

Xi浓度和温度都是均一的

它参与的是气象的均相反应

定压-定质量系统

压力是恒定的 就像一个活塞一样

体积可以是变化的

在反应的过程中

而对于第二个定容-定质量系统

可以认为是一个密闭的空间

这时我问同学们一个问题

在一个密闭的空间里面

如果发生了化学反应

想想会有什么后果

这时温度会变化吗

发生化学反应了

肯定温度是急剧升高了

组分的浓度会发生什么变化吗

如果开始是甲烷和氧气

后来就会变成二氧化碳和水

所以组分随着时间也会变化

那这个系统体积会变吗

体积肯定不会变

因为是个密闭的空间

那这个系统的压力会不会变呢

反应前和反应后

一个密闭系统的压力是一样吗

把这个问题留给同学们去想

后面还有两个

也是来自于热力学的

开口体系

第三个就是全混流(反应器)

流体从入口流出来

从出口流出去

它是个稳态的过程

稳态的流动

假设反应器里面

是一进入反应器

就完全理想混合

第四个

是柱塞流(反应器)

它和全混流是不一样的

它是反应器进入

边走边发生反应

是稳定的流动 但轴向没有任何混合

所以这四个系统

我们在后面会一一讲述

这节课我们就讲到这儿

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

6.1 概述 笔记与讨论

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