6.6 燃烧系统建模中的应用及小结在线视频

最后让我们把第六章

反应系统的

化学热分析的耦合

总结一下

也就是它在

燃烧建模中的

一些应用

我们先讲定容-定质量反应器

内燃机的燃烧

就像一个

定容-定质量的反应器

这个应用就不再说了

我们在课堂中已经讲过

全混流反应器

和柱塞流反应器

除单独用于研究外

还可以

结合起来应用

处理一些更复杂的系统

将两者分开讲

对于全混流反应器

当时给大家

布置了一个作业

让大家去预测

它的吹熄特性

其实它的NOx

生成特性

也可以预测

以吹熄特性为例

假设有

一个小孔

高速射流

流到该反应器内

此时如果

气流

不断加快

开始时假定

燃料和氧化剂

是按照一定的

当量比进行混合的

不断加快

会发生什么

我当时给大家

布置了例题

同学们

可能对例题

已经预习了一下

有同学也做了一下

以下是我们的答案

随着流速的增加

开始流得很慢

产物（的质量分数）是1

即全部转化为产物

反应物（的质量分数）是0

即反应物全部反应完了

之后

我们发现

随着流速加快

产物的

质量分数

即Yi 就不再是1了

显著降低

这说明了什么

这说明

在反应器内

如果通的速度很慢

反应物可以完全反应

如果通的速度很快

因为流动速度太快

反应物还没有来得及反应

就继续流动 离开了

此时

产物的质量分数

就是Yproduct

在沿着

上部这条线

一直下降

但是一旦下降到

某个临界点

这时我们就会发现

它突然就没有数值了

此时方程不再求解

该点就是它的吹熄点

而这时发现

恰恰在物理上的吹熄

和实际求解的吹熄

吻合得特别好

这是因为 方程

在内部决定了反应的机制

我们还可以

看温度曲线

下面的图是温度图

温度曲线也是

流量越大

在固定的

反应器容积里

温度并非越高

我们以前的概念是

燃料不足

会导致温度较低

此处不是这个概念

对于全混流反应器

因为它的容积特别小

实际产生的

燃烧温度比较高

但是如果

通的气流速度太快

它在反应器内

停留时间太短

这时

为了加热

更大量的物质

它的温度反而（会降低）

因为

没有完全反应

还要加热所有的

燃料和氧化剂

当然温度

就会明显下降

这一点大家去理解

比较有意思

对于柱塞流反应器

我们都知道

我国是燃煤大国

它在煤燃烧上应用较广

我国在国际燃烧届

过去话语权相对较少

现在逐渐地

我国的技术研究

也达到了

国际水平

我觉得最近

清华

和国内其他一些大学

做了很多好的研究

包括我们所采用的

一维平焰燃烧器

大家可以看到

煤燃烧的火焰

是十分漂亮的

这是一维的火焰

这个火焰就可以

用柱塞流模型来建模

来分析其中的反应过程

大家有兴趣的话

可以去查阅

袁野博士

在我们专业权威的期刊

Combustion and Flame上发的一些文章

然后还有

更多方面的应用

与柱塞流模型（相关的）

一维平焰燃烧器

它又叫Hencken burner

它一小时

只燃烧几克煤粉

几克煤粉是

十分小的量

更大的燃烧器

一小时（可以燃烧）几公斤（煤粉）

25千瓦 30千瓦这一量级的

比如一维炉

也可以用

这样的模型来建立

清华大学

也发表了很多相关的论文

同学们可以去查阅

相关的外文发表

包括卓建坤 徐晓光

李庚达博士

他们做了很多

有意思的工作

最后我还要讲一下

在燃气轮机上的建模

这是燃气轮机的燃烧

这张图形象地表明了

首先还是有很多小孔

气流射流进入

我们已经知道小孔 气流射流

就是应用全混流反应器

对 燃气轮机第一段

就是用一个全混流反应器去模拟

但是 燃机包含很多

烟气回燃的过程

就是循环燃烧的过程

第二章讲的

循环燃烧的概念

紧跟着后面

又是全混流反应器

到最后一级

这时

相当于平推流

所以可以把

一个燃气轮机

分成两个全混流反应器

加一个柱塞流反应器

柱塞流

在有的化工书上

又叫平推流

即Plug Flow

就是它的概念

这一部分

对于

燃气轮机的建模

也是十分重要的

同学们

可以查阅

相关的一些文献

去了解这个过程

燃烧反应器

对于工业中的

燃气轮机

锅炉 以及窑炉

的初步建模

和简单分析

有很大的意义

最后

我将对本章课程

进行总结

这章课程

在开始时

先向大家说明了

反应器模型的

重要性

然后我们提出了

四个原型反应器

对于定压-定质量反应器

需要思考

学过之后

有什么体会

定压 则压力是定值

质量

也是一个定值

这时真正要关注的

一个重要概念是

是定压-定质量

反应器里面

浓度的变化

之前

对其它三个反应器

进行思考

浓度的变化

因为体积没有变化

这时

这个结论是对的

但是定压-定质量反应器

一定要考虑到

这个公式的

第二项

因为发生了化学反应

体积变化

所带来的浓度变化

必须要考虑进去

除掉这个影响之后

才是纯化学反应

带来的浓度变化

这是定压-定质量反应器

学习中

最重要的一个问题

就是

体积的变化

所带来的效应

定容-定质量反应器

通常可以用在

发动机 内燃机

等方面

这个反应器的核心是

dXi/dT比较简单

真正值得注意的是

在压力变化过程中

除了化学反应

没有质量的变化

温度带来的变化

即第二项

是理解这个方程

压力变化重要的一点

这一点理解了

我们对发动机 内燃机

爆震 爆缸等

实际燃烧

出现的现象

就会有更好的理解

第三个是

全混流反应器

对于它就要思考

对全混流反应器

一看教科书

就是反混无穷大

但是所谓的反混无穷大

指的到底发生在哪里

写的不透

通过去理解

MIT的Longwell教授

这一派所建立的概念

当然 细节部分

在论文中没有写

我们需要

通过方程去体会

反混其实发生在

控制容积体内部

以及出口部分

入口是通过

无数个小孔使流体进入

这时没有反混

在入口部分

对流远大于扩散

所以

反混无穷大

对于入口部分

是不适用的

我觉得

这是在学习中要切记

的一点

第二 这是一个

代数方程

代数方程中

所隐含的时间

大家还记得吗

这个时间

也就是说

组分方程既可以用Yi写

也可以用浓度写

这两个关联很有意思

大家要去理解

柱塞流反应器

它的特点就是

已经不再是N+1个方程

前面三个都是N+1个方程

它还有另外一个方程

这个多出的方程

可以用

密度变化的方程

也可以

用速度变化的方程

也可以用压力变化的方程

我们在N+4中

我们选用

密度的方程来表达

这个推导过程

我上节课

虽然已经讲解了

但是我希望同学

在课下能够（自行推导一下）

那只是告诉你

哪几个方程

能够推出来

但是具体的步骤

我希望大家在课下

能够把这个过程推导一遍

这样的话

你对反应器的理解

会更深刻

无论如何

这四个反应器

都告诉我们

气体状态方程

是隐含的 很重要

气体状态方程

你只要知道

Yi和Xi之间的关联

还有能量守恒方程

和化学反应方程

化学反应方程是N个

其它的

就是第N+1 N+2个

当然还有流动方程

越来越复杂

到实际的反应器

最后谢谢大家