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8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰在线视频

8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

下一节:8.2.1 简化分析

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8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰课程教案、知识点、字幕

同学们

今天我们要讲的是第八章

层流预混火焰

我们在前面

第二章热化学

第三章输运也就是传质

然后到了第四第五章

化学反应动力学

还有第六章和第七章的

简化输运守恒方程之后

我们终于可以用这些方法

来研究火焰

本章的内容是这么安排的

一是概述

还有什么是火焰

就是火焰的描述

然后火焰的简化分析

和详细分析

就是怎么去用

我们前面学的知识分析火焰

火焰的

两个特征量

一个是火焰速度

一个是火焰厚度

它们的影响因素

下面还有我们这章中

还有火焰的知识

熄火可燃性

还有火焰稳定

这方面的知识

首先我们讲预混火焰

特别是层流 我们容易理解

流体力学

就是雷诺数比较低

预混火焰是什么样呢

它在生活中

有一个特别贴切的例子

这个例子就是我们的家用煤气灶

请看我们上面的图

这是煤气灶发出的

一个很漂亮的蓝色火焰

煤气灶

它是燃料在进入燃烧区的时候

它把空气卷吸进来

形成了预混

请同学们看这个结构

中间的陶瓷

还有两边的金属

那是它的一个辅助结构

主要是火焰区

在火焰前的

预混的结构

大家可以仔细看清楚

除了家用煤气灶

我们知道的

预混火焰它还用在哪呢

这是跟它的特征有关的

它有什么特征呢

它第一个特征

就是能量密度大

就是每平方厘米上

有一到两千瓦

还有它的温度比较高

所以它除了用在

推进射流燃烧器上

像我们乙炔火焰喷枪

来切割一些金属的时候

它也经常用

这跟我们冬天取暖的火焰

不一样

冬天取暖的火焰

能量密度比较小

它只有预混火焰的

百分之一到千分之一

它的温度也比较低

所以它呈现一种

黄色的发光火焰

当然了预混火焰

还有一个很重要的应用

在我们系同学们都知道

我们有一个燃气轮机研究所

燃气轮机

是制约我们国家的战机的

还有其它重要燃烧设施的

一项技术

这项技术

跟国外比 我们现在还有很多没有解决

燃气轮机

我们可以看它的结构

它的工艺十分复杂

首先它的燃烧室设计

是一个倾斜预混的燃烧室

我们都知道

在简化守恒反应器里面

我们给大家讲了

全混流

和平推流反应器

其实同学可以回顾一下

我当时给大家讲

可以用全混流模型

是因为有高速的喷嘴射流

在一个很小的区域里

可以当做全混流

燃烧完之后

当作柱塞流

大家回去可以想一下

具体我们看一下它的燃烧室

就是经过这些喷嘴之后

形成了火焰

燃烧的区域的预混火焰

而且我们也可以

把烟气循环回来

这是我们第二章学的

有什么好处呢

可以降低NOx排放

烟气循环

可以提高温度

然后还可以降低NOx排放

这时候我们就想

预混火焰

它跟我们前面讲的

燃烧的定义有什么区别

燃烧的定义

在课堂

我们可以选一些

它最基础的英文的定义

牛津字典上讲的

它有一些光和热

燃烧的过程

Webster's的字典上

它讲的是

它快速的氧化

发出了热和光

当然了也有的时候

把一些慢速氧化

像铁皮的老化

还有这种没有光

只有热的过程

也当做燃烧

但是我跟同学们说

在我们这本书里

我们讲的是一个燃料和氧化剂

放出大量的热量

的化学反应过程

它更确切的是一种反应流

因为燃料和氧化剂

要通过流动来混合

它是一个反应流

就是reacting flow的概念

这是我们跟

其它的学科和生活中的现象不一样的地方

这是燃烧作为一个学科

来研究的东西

我们对比前面燃烧的定义

我们可以把火焰

来明确地定义一下

火焰

有时候我们讲烧股火

火焰到底是什么

火焰很多时候

它的学术定义

可以这样讲

它的物理的描述

我们可以这样看

在整个空间里

假如说我们看到到处都是火

但其实火焰只是

在亚音速下

在一个可维持

传播的局部的

很小的一个区域的

什么意思呢

看着空间里都是火

而真正发生火焰的区域

是很薄的那些区域连在一起

只有一毫米厚的那个区域

如果是在常压下

只有一毫米厚的

所以这时火焰

首先它的特征是局部的

就像我说的空间很大

火看着很大

但真正的火焰的厚度很薄

然后它是在亚音速下

当然了

它是亚音速下的一种

不连续的缓燃波

英文叫deflagration

当然了超音速下的

爆震波detonation

它就

不在我们这一章的范围内

那是另外的

具体的同学可以去看一些

我们专业的大师

威廉姆斯的《燃烧理论》

普林斯顿的

Glassman的《燃烧学》

当然了我们比较一下

前面讲到的Zeldovich的燃烧

他那本专著写的也特别好

在这里面

同学们可以细化火焰的定义

火焰我们都知道了

既然它是

整个空间里有限区域的

一个可维持的

传播的区域

这时候我们就可以设计出来

各种不同的火焰 在实验室内

可以研究它

比如第一个就是本生灯火焰

本生灯火焰大家要知道

它是来自于海德堡大学

本生这个化学家

他开始设计的

看火焰的图

是一个锥形的火焰

一个管里面预混喷出的火焰

燃烧 就是这个形状

同学们会做一些实验

如果我们两个管

两个本生灯管对着靠近

就出现了对冲的火焰

叫counter flow的火焰

这个火焰因为它的一维性特别好

大家看 它不是一个斜锥形的

它是一维形的

也在研究中很常用

还有一个 在管里如果加个旋片

火焰就被托举起来

形成了碗状的火焰

是旋流火焰

这张图里叫弱旋火焰

这几个都是我们柱坐标

就是二维的

柱坐标系统的火焰

还有球形的火焰

当然也是研究火焰的一种方法

这样的话 实验室有一些火焰

通过这些火焰

我们就可以对火焰

进行深入的研究

这节课就讲到这儿

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

8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰笔记与讨论

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