燃烧学复习重点2014

第一章燃烧化学反应动力学基础

1、什么叫燃烧？

2、浓度和化学反应速度正确的表达方法？化学反应速度如何计量？

3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应？

4、质量作用定律的适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。

5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？

6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？

7、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系。

8、惰性组分如何影响化学反应速率？

9、Arrhenius定律的内容是什么？适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律？

10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？

11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热（吸热）之间的关系。

12、什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？

13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。

14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合编程技术，绘制氢原子浓度随时间变化的图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。并讨论：分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？

15、烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？如何防止烃类燃烧析碳？

16、图解催化剂对化学反应的作用。

17、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·查德里反抗规则的内容是什么？

18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量？

19、试用本章的知识解释，从燃烧学的角度来看，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？

20、过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？

21、燃烧过程中，有几种NOx的生成机理？

第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质

1．为什么说混合与传质对燃烧过程很重要？

2．什么是传质？传质的两种基本形式是什么？

3．什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）

4．湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？

5．试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数，以及和周围气体进行传质的Nu zl数。

6．如图所示：

两股射流在大空间中交汇。射流的初始温度T1=60℃，T2=室温20℃，实测xy点的Txy=50℃。气流中的初始浓度为C1=3mol/m3，C2=2mol/m3,求点的xy点的浓度Cxy。

7．湍流自由射流的主要特征是什么？图解射流断面上的速度分布相似性。

8．什么是湍流自由射流中心的动量守恒条件？

9．自由射流的扩展角与湍流混合强度的关系如何？

10．把热射流射入冷空间中，和把冷射流射入热空间中，射流的轴线速度、温度差和浓度差衰减的情况有何区别？这对工程燃烧的一次风、二次风参数的选取有何指导意义？

11．当自由射流中含有固体或液体颗粒的时候，射流特性如何变化？这对工程中固体或液体颗粒的燃烧有何指导意义？

12．根据以下物理模型，推导旋转射流中心线上负压的值。并解释旋转射流中心回流区的形成原理。

假定旋转射流的横截面如图所示，流体是无粘性流体，流动区域可以划分为两个区域：外围的自由旋转区（可以按势流处理）和中心的刚体旋转区（不能按势流处理），其分界线为r=r1。

13．什么是旋流强度，其物理意义是什么？旋流强度的计算公式？

14．图示无扩口、有扩口的强旋转射流流场的主要特征。

15．图示钝体流场的主要特征。

16．两股平行射流湍流混合的强弱取决于那些因素？这些因素主要决定了哪些重要的物理过程？

17．两股相交射流湍流混合的强弱取决于那些因素？

第三章着火理论

1.什么是热着火？什么是链式着火？其区别是什么？热着火需要满足的条件是什么？化学链着火需

要满足的条件是什么？

2.自燃（自发着火）与强迫着火的区别是什么？为什么自燃温度和强迫点燃温度不是一种燃料的物

性常数？

3.自燃充分必要条件的两个判据表达式是什么？物理意义是什么？燃料的活化能、系统初始温度、

散热系数、燃料的浓度、容器的体积对自燃温度的影响如何？请图示。

4.什么是着火的孕育时间？请图示。

5.图示着火温度与燃料空气混合物的浓度（过量空气系数α）的关系。并解释：1）为什么在点燃气

体燃料的时候必须“火等气”？2）煤矿巷道中发生瓦斯爆炸的原理是什么，如何防范瓦斯爆炸？

6.什么叫强迫着火？请图示热壁面强迫点燃的临界条件，并解释其物理意义是什么？

7.试根据强迫点燃温度的方程讨论：1）炽热球体的直径d；2）对流换热Nu数；3）气体的导热系

数；4）燃料的活化能；5）燃料的发热量；6）气流的压力；7）气流的初始温度；对强迫点燃难

易程度的影响。

8.燃用高活性的褐煤的锅炉中，常出现以下现象：一次风温度大约150℃，风管道中漏出的煤粉在

地面堆积，有时能呈现暗红色燃烧的状态（温度大约700℃），而一次风管内的煤粉却不燃烧或

爆炸。请用自燃和强燃着火的模型给予解释。

9.10. 根据零维燃烧热工况的模型，系统的产热率的计算式是什么？系统散热率的计算式是什么？

请图示炉膛容积、燃料流量、燃料发热量、气流初温、炉膛吸热和烟气回流量对系统燃烧稳定性

的影响。并讨论，如果一台燃气锅炉燃用的燃料热值降低，在不能改动锅炉主体结构的时候，应

该如何改进锅炉的运行状况？如果可以改动锅炉的主体结构，又应该如何改进锅炉的运行状况？

10.11. 根据一维燃烧系统的模型，图示以下4种配风方案的升温曲线。1）空气完全由一次风送入；

2）一半的空气从二次风送入，但较早送入二次风；3）一半的空气从二次风送入，但较迟送入二

次风；4）二次风也分为两次送入，而且较迟送入。

11.使用编程语言求解常微分方程的方法，求解零维系统自燃问题：

1）求解对象：系统热平衡方程

k0——频率因子，初值取100.0

E——活化能，初值取1.E5

R——气体常数，初值取8.314

C——可燃混合物中反应物浓度，初值取1.0

n——反应级数，初值取1.0

V——容器体积，初值取1.0

Q——可燃混合物的燃烧热，初值取2.E7

T——容器内可燃混合物温度，初值取与T0相等的数值。

h——散热系数，初值取5.0

S——容器壁散热面积，初值取6.0

T0——容器壁温度，初值取800.0

定解条件：t=0时，T=T0。以上方程描述了一个零维系统的温度从t=0开始随时间变化的过程。

a)使用在第一章已经介绍过的Euler法，求解上述定解条件下的常微分方程，获得系统温度T随时间t的变化曲线。

b)分别令系统初温T0=300、400、500、600、700、800、900、1000、1100（其他参数不变），获得不同初始温度下的系统升温曲线，并讨论系统初温对热自燃过程的影响。

c)分别令散热系数h＝1.0～10.0（T0保持800K），获得不同初始温度下的系统升温曲线，并讨论散热系数对热自燃过程的影响。

2）【自选作业】以上方程没有考虑燃料浓度随反应进程的变化，也没有考虑氧气浓度的影响，假定燃烧反应的化学平衡式为，考虑了以上两个因素的控制方程可以改写成以下形式

定解条件：t=0时，T=T0，C F,0=1.0 ，C O2,0=1.0。

a)求解上述定解条件下的常微分方程，获得系统温度T随时间t的变化曲线。

b)求解不同燃料和氧气配比情况下的系统温度T随时间t的变化曲线。即，保持燃料和氧气的初始浓度

C F,0+C O2,0=2.0，分别令C F,0=0.1~1.9，C O2,0=2.0-C F,0，并根据这一组求解结果讨论发生热自燃的燃料浓度限问题。

c)变化系统初始温度T0、散热系数h，可以绘制出一组横坐标为燃料初始浓度，纵坐标为系统热自燃温度的U形曲线图。

重要提示：由于使用Euler法求解燃料浓度C F和氧浓度C O2的时候，可能出现浓度数值减少到负值从而使得求解结果变得不合理的情况。因此必须在程序里面限定，一旦浓度的数值C F≤0或C O2≤0，则强行令C F=0或C O2=0。

第四章气体燃料燃烧

1.火焰传播速度的定义式是什么？随各个主要影响因素的变化规律是什么？

2.什么是缓燃？什么是爆燃？

3.层流火焰传播的速度是怎么定义的？

4.本生灯火焰稳定的机理是什么？圆锥形火焰形成的原理？如何使用本生灯测量层流火焰传播速度？

试写出测量的过程和计算式。

5.燃烧速度（化学反应速度w）与火焰传播速度v L的联系和区别是什么？（应该清楚火焰传播速度、

燃烧速度、新鲜混合气流速之间的关系）

6.燃料气的热扩散系数、燃料的发热量、燃料的活化能、可燃气体初温、火焰自身温度、气体的密

度、气体的压力、惰性组分的浓度等因素如何影响层流火焰传播速度？

7.过量空气系数如何影响层流火焰传播速度？火焰传播的浓度限的意义是什么？

8.什么是淬熄距离？

9.火焰锋面厚度的计算式是什么？真实的火焰锋面厚度大约是多少？

10. 什么是扩散火焰？什么是预混火焰？什么是全预混火焰？其火焰的形状和结构有何区别？请进行图示

说明。

11. 什么是脱火和回火？图解火焰的脱火区、回火区、稳定区和黄色火焰区。

12. 为什么说扩散火焰不容易脱火也不容易回火？为什么全预混火焰既容易脱火也容易回火（即，为什么

全预混火焰的稳定区比较窄）？结合火焰传播速度和气流速度在自由射流中变化规律的图进行解释。

13. 常用的防止回火的措施有哪些？常用的防止脱火的措施有哪些？

14. 气体湍流扩散火焰的形状随喷射流速如何变化？什么是湍流火焰传播的皱折表面燃烧理论和容积燃烧

理论？

第五章液体燃料的燃烧

1.液体燃烧的过程是什么？

2.图解单个液滴燃烧时的空间区域划分，以及油蒸汽浓度、氧气浓度和温度分布。

3.控制液体雾化的准则数是什么？其物理意义是什么？

4.油滴燃烧属于扩散燃烧还是预混燃烧？为什么？

5.液体燃料喷雾特征的评定指标有哪几项？

6.画出常用的压力雾化、旋转雾化和介质雾化喷嘴结构的简单示意图。

7.斯蒂芬流是什么？

8.请推导单个油滴燃烧时，粒径与时间关系的表达式（粒径平方-直线定律）。并根据表达式讨论，

如何优化油滴的燃烧。

9.燃油燃烧器的调风器应具备哪些功能？

第六章煤的燃烧

1.图示煤燃烧过程的主要特点。

2.典型的煤颗粒燃烧经历几个阶段，大约需要多少时间？

3.什么叫异相燃烧？异相化学反应分为几个步骤？

4.水分和挥发分对燃烧过程大致的影响是什么？

5.推导碳球异相燃烧速率的计算式，并结合图线探讨异相化学反应速度随温度和质量交换系数的变

化规律。说明，什么是动力燃烧区？什么是扩散燃烧区？什么是过渡燃烧区？

6.颗粒直径、温度和颗粒与气流之间的相对速度对燃烧区域（动力区、扩散区）的影响是什么？

7.简述碳球燃烧的两种机理。碳燃烧过程中的氧化反应和气化反应是什么？两种反应的活化能有何

差异？解释：碳燃烧的时候，在低温下发生氧化反应，而在温度很高的情况下，气化反应将变得显著。

8.为什么说碳的氧化反应是自我促进的，而气化反应是自我抑制的？请图示。

9.焦炭的反应活性跟哪些因素有关？写出常见固体燃料的焦炭活性的排序。

10.请分别推导动力燃烧区和扩散燃烧区中，理想碳球燃尽时间与直径的关系。并根据其数学表达式

讨论，影响碳球燃尽速度的主要因素有哪些？如何影响？

11.图示碳球表面的燃烧速度与与温度T的关系，并标示出其具体的四个区域。

12.通过提高气流与固体颗粒之间相对速度来强化燃烧的原理是什么？在什么情况下适用？

13.焦炭的内孔隙在什么条件下对燃烧有促进作用，而在什么情况下则无促进作用？请解释：为什么

一块灼热的木炭在空气中仍然可以继续燃烧，而一块灼热的煤在空气中则渐渐熄灭？

14.什么是颗粒的终端沉降速度？

15.水平管道中，使用气流输送固体颗粒的时候，固体颗粒的浓度在高度方向上如何分布？保证颗粒

不发生沉积的措施是什么？

16.煤粉气流的着火热分为哪些部分？简述煤粉气流的着火过程。

17.结合零维燃烧系统和一维燃烧系统的主要结论，简述煤粉旋流燃烧器的燃烧特点。

18.结合零维燃烧系统和一维燃烧系统的主要结论，简述煤粉的四角切圆燃烧方式的主要燃烧特点。

19.煤粉燃烧通常处于哪个燃烧区？强化煤粉燃尽的主要措施是什么？

20.一般来说，比表面积大的细小煤粉反应活性好。家用煤球炉在800多℃就能稳定燃烧，而大型煤

粉炉却在1200 ℃以上才能稳定燃烧。这与“煤粉反应活性好”的结论矛盾吗？

21.大容量锅炉为什么要使用煤粉燃烧的方式？

22.试分析讨论煤燃烧和油燃烧的燃烧规律有何相同、不同。

23.现代煤粉燃烧技术的一种形式是“高浓度煤粉燃烧”（或称“浓淡燃烧”），也就是提高一次风中煤粉

的浓度以后组织燃烧。试根据煤燃烧的特点，解释高浓度煤粉燃烧的优点，以及可能产生的问题。