当前课程知识点:燃烧理论 > 第六章 反应系统化学与热分析的耦合 > 6.1 概述 > 6.1 概述
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
-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