当前课程知识点：燃烧理论 > 第十一章 固体燃烧 > 11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型 > 11.4.1 模型建立
同学们 下面我们紧接着
要讲我们这一章的
跟单膜模型对应的
双膜模型
顾名思义它有两个膜
碳表面和燃烧的火焰面
因为
碳表面
实际中测量出来
是一氧化碳在高温时候
比二氧化碳多
占主导
所以
双模模型
它的碳表面是一氧化碳
而到了火焰面才是二氧化碳
是不是更确切一些
大家就从这想
对单膜模型
就比较喜欢去做一些工作
其实我这么多年的教学而言
和做研究而言
就是双模比单模的优势
是相对有限的
随着我们越来越多
煤燃烧的研究
就会这样认为
不过在教学中
我们还是把这个理念
给大家分析一下
就是双膜它是怎么建立的
再回到这个图我们可以看
就是双膜和单膜也好
它的化学反应是类似的
都是一个在碳表面上
一个化学反应
这个化学反应呢
它区别在于什么呢
是在空间上的扩散
是因为有火焰面的存在
发生了变化
原来就是一个氧
到了我这个碳表面
现在不是了
现在氧呢移到了这个火焰面
那氧就进不去了
所以移到了火焰面这个氧
就被消耗光了
然后在外面的话呢
二氧化碳呢也是在火焰面上
因为生成的二氧化碳最多
它也往环境扩散
这是火焰外区
氧扩散到火焰面
和生成的二氧化碳
扩散出去的故事
而内区是一个什么样的故事呢
内区就没有氧
氧一定在火焰面被消耗光了
就是二氧化碳
它在扩散到这个碳表面的时候
生成一氧化碳出来
但看着是表面上是一氧化碳
但是其实
在实际过程中
它经常是一部分氧
漏到了这个碳的表面上
生成了一氧化碳
而不是这个二氧化碳
那么理想的扩散进来
因为它的球形不是那么均匀的
等各种的条件
所以这也是双膜模型
它看似是一氧化碳
但是比单膜呢
它的优势是有限的
所以设计中
更喜欢这种单膜
来去干脆利落的做问题
不过这个过程
对我们理解氧
很难扩散到碳的表面
是很有意义的
因为火焰面
在大部分时候
是离开碳表面的
它对我们理解氧扩散
很难到它表面
这个物理过程
它有它的优点
所以大家理解模型的时候
一定要看到它的物理
本质
这样一总结
内部就是
一氧化碳和二氧化碳的故事
我们在双膜模型
认为碳表面上
就是碳和二氧化碳生成了
一氧化碳
当然这一点
从目前的机理反应
是值得商榷的
所以最后很多人用的
还是碳和氧的（03：44）
这是双膜模型的一个
不清晰的地方
我们做这个过程中
表面上我们是用的这一个
总包呢
我们就是用了一个碳和氧
生成二氧化碳
对火焰面
用总包
来去涵盖它
后面通过我在做推导的过程中
同学们会理解这一点的
所以它和单膜模型一样
我们
做双膜模型的任务是什么
还是要找到如何去求解
碳燃烧速率
针对左边是碳表面
后面是火焰面
是一个碳
3.664个二氧化碳
因为反应配平
它最后生成的
是4.664的
一氧化碳出去
它俩一对一反应
生成4.664个
所以它们在任何一个
火焰内层的
到表面层之间的
任何一个断面上的
质量流率
就是质量通量
X乘一个4πr*r
通量不守恒 流率守恒
流率
是什么呢
就是碳消耗
在碳表面上消耗的
因为什么呢
（05：15）
根据质量守恒
它在空间内
的量就是碳表面的消耗量
到了火焰面的时候
我们可以看
4.664个
还是往那边走
3.664往这边
外层的话呢
是3.664往外走
2.664的氧进来
4.664的一氧化碳
和2.664的氧反应
生成了
两个3.664
一部分往内一部分往外
你要理解这个过程
最重要的一点
就是往内走的和这个往外走的
它的总量是什么
所以有的时候
不妨对这个火焰面过程
我们就用了总包
1 2.664 3.664
这样的理解就会更简便一些
我们再看这个火焰面
火焰面上到底是发生了什么呢
这个理解就比碳表面
要稍微复杂一些
火焰面上
就是4.664个
一氧化碳奔着过来
跟2.664个氧反应
就是它俩一加
生成的质量是什么
就是两个二氧化碳
往内往外再走
就是它的守恒
但是因为这个过程过于复杂
我们对这个过程
我们更喜欢
把它当做一个黑箱
就是从1跟2.664生成3.664个
二氧化碳出去
第一步反应因为没发生全
就是二氧化碳和氧
生成一氧化碳
第二个既然在那儿发生全了
就直接用碳
然后和氧生成二氧化碳
用最终反应
来代替火焰面上的反应
所以M碳等于
一氧化碳出去的
减去二氧化碳进来的
在火焰面上
就是一氧化碳减去
内层的二氧化碳
就是二氧化碳减去氧
我们再回到这个图
是不是这样
净流率是
4.664减去3.664
是碳的消耗率
在这边
是一氧化碳减二氧化碳
是碳的消耗率
到了这边是什么呢
是经过一个火焰面
发生反应之后
是二氧化碳减去氧
是
碳的净流率
所以空间传递的
只是在碳表面消耗的碳
其他的
净流差是没有被消耗的
这是我们讲化学计量
我们就可以列式子
比如说对内区
就是1千克的碳
加上Vs千克的
Vs千克二氧化碳是什么
3.664
生成什么呢
4.664的一氧化碳
就是Vs加1
在火焰面上
我们用一个总反应
就是1千克的碳
它和Vf
千克的氧
生成了
Vf加1
这里Vs是2.664
1加2.664生成3.664的二氧化碳
这里用空气作为氧化剂
当然如果富氧燃烧
Vf Vs重新确定
Vs等于3.664
Vf等于2.664 Vs减1
这个时候我们可以看
火焰面上
更喜欢
把中间（08：50）
碳 二氧化碳 氧气
总反应
来做这个事情
所以各种流率的化学当量
内需的二氧化碳肯定是往碳表面
往内流
数值是
3.664乘一个碳的速率
外区的氧
它也是往内流
数值上等于
Vf 等于2.664的M碳
当然这个地方都是数值
方向是不一样的
外区的二氧化碳它是往
外流
是作为
作为正方向
往内流的
再给它加个负号
它是3.664个M碳
-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
