燃烧学习题答案
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中国矿业大学《燃烧学》复习题参考答案
2011 / 7/ 9
第一章 化学热力学与化学反应动力学基础
1、 我国目前能源与环境的现状怎样？电力市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？
我国目前的能源环境现状：
一、能源丰富而人均消费量少
我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源60%以上在华北，水力资源以上在西南，而工业和人1 吨标准煤的能量大概可以把400吨水从常温加热至沸腾。
二、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境
从目前状况看，煤炭仍然在我国一次能源构成中占70%源构成中所占的比例是相当大的。
以煤为主的能源构成以及62成为我国大国南方烧的高硫煤产生了另一种污染——
三、农村能源供应短缺
足对能源的需求。
电力市场现状：
2008年104.6511月，部分省市用电增幅同比下降超过30目前火电企业亏损面超过90％，预计全年火电全
“过 。明年宽松的用电环境正好为中国电力结构调整腾出了时间和空间。面对今年的
燃烧科学的发展前景
燃烧学是一门正在发展中的学科。能源、航空航天、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的重大问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、煤浆(油-煤，水-煤，油-水-煤等) 燃烧、流化床燃烧、催化燃烧，渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制、火灾起因和防止等。
我国的能源现状也决定了必须大力的发展燃烧学科。
燃烧学的进一步发展将与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展相互渗透 、相互促进。
答：燃烧标准化学定义：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应．
燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应，不一定要有氧气参加
3、 什么是简单反应、复杂反应？
答：简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应。（也叫基元反应）
复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是通过生成中间产物的许多反应步骤来完成的反应，其中每一步反应也称为基元反应。
4、 浓度和化学反应速度正确的表达方法？
答：浓度：单位体积内所含某种物质的量
1. 分子浓度 ni =Ni /V Ni 为分子数 1 /m3
2. 摩尔浓度 Ci =Mi /V Mi 为摩尔数 mol / m3
3. 质量浓度 ρi=Gi /V kg / m3
4. 相对浓度 摩尔相对浓度：x i =N i /NΣΣ质量相对浓度：f=G i /GΣ=ρ
示。但均取正值。W=±d C / dτ
5、
答：①反应应为简单反应
成如下关系：
a b
如果该反，则每种反应物浓度的方次即等于化学
6、
答：n=α+β就是反应级数。
由于 w =-dC/dτ=k[C]n , 可推得：
零级反应：
一级反应： 二级反应：
；单位
。
表达为
答：活化能：使普通分子（平均能量）变为活化分子所需能量。可以测定反应级数根据图解法和计算法来见解求得。（详见课本P3）
12、 图解吸热反应和放热反应的活化能和反应放热（吸热）之间的关系。 τrj ∝
13、 什14、 试答：
15、 烃
16、 图
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对反应的作用有改变的只有两点：活化能E 下降，反应途径的变化
17、 什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·
10、11页的1-27和1-28. 。系统变化遵循吕·抵抗温度降低的影响
18、 应焓的关系？
1mol 该化合物的焓的增量。kJ/mol， 298K,0.1MPa ），经化合反应生成1mol 该化合物的焓的增量。 t,p ，则产物与生成物间
19、 过β）的概念？
第二章 混合与传质
1． 什么是传质？传质的两种基本形式是什么？
答：物质由高浓度向低浓度方向的转移过程叫做传质，也叫质量传递。
传质的两种基本方式是分子扩散传质和对流传质。
2． 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）什么是“三传”的比拟？
答：动量传递、质量传递、热量传递。
分子传输定律即牛顿内摩擦定律，傅里叶导热定律和fick 扩散定律。
?
描述动量、热量和质量的规律有相似的数学表达式（傅里叶定律型）和相似的准则数（普朗特数和施密特数、努赛尔数和舍伍德数）叫三传的比拟。
数。
两股射流在大空间中交汇。射流的初始温度T 1=60℃，T 2=室温20℃，实测xy 点的T xy =50℃。气流中的初始浓度为C 1=3mol/m3，C 2=2mol/m3，求点的xy 点的浓度C xy 。
答：该题复习为ppt 上原题。
6． 自由射流积分（动量守恒）条件、热焓差和浓度差守恒条件的物理意义是什么，数学表达式是什
么？
答：（1）自由射流动量守恒是指沿射流的轴线方向，在任意断面上，以射流的速度w 与速度w2只差(w-w2)计算的动量是一个不变的常数。其值恒等于出口断面上的以出口速度w1与射流的速度w2只差计算的射流初始动量。
（2）同动量守恒条件相似可以得出，沿轴线方向上，任意断面上的热焓差和浓度差都是不变的常数，且恒等于出口断面上的射流与伴随流之间的热焓差和浓度差。
注：相应公式见PPT2.4.2
7．
8． θ（含（2（3
9．
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。
答：中心线上负压即刚体运动区中心线上的负压值，具体推倒见PPT2.5.1（2）
10． 什么是旋流强度，其物理意义是什么？旋流强度的计算公式？
答：旋流强度（旋流数）：工程上用于反映旋转射流强弱程度的指标。
G ϕ S =
计算公式：
其中，G φ是角动量的轴向通量（旋转动量矩）， Gx 是轴向动量，R 为定性尺寸。
物理意义：旋转动量和轴向动量的某种比值。
11． 图示钝体流场的主要特征。
答：见课本P54图2-23.
12． 两股平行射流湍流混合的强弱取决于哪些空气动力学参数条件？
1② ③
13． 1. 答： 导致化
条件：
规律增加。导致 燃烧反应自动加速。
链式着火过程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁，所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于销毁速率的区域，而不引起整个系统的温度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能够在整个系统内加速繁殖并引起系统能量的整体增加，就形成爆炸。
2. 自发着火与强迫着火的区别是什么？
答：自燃：自发的着火，依靠系统自身化学反应的放热来维持系统的升温。
强燃：强迫着火，借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部着火，然后火焰传播到整个可燃混合物中。
3. 自燃必要条件有两个判据，他们的表达式怎样，物理意义是什么？燃料的活化能、系统初始温度、
散热系数对自燃温度的影响如何？请图示。试讨论影响自燃着火温度的主要因素有哪些？
答：自燃必要条件有两个判据，他们的表达式怎样，物理意义是什么？燃料的活化能、系统初始温度、散热系数对自燃温度的影响如何？请图示。试讨论影响自燃着火温度的主要因素有哪些？ 两个判据:产热散热相等，产热散热变化率相等即：
⎧ ⎪ ⎨ ⎪
⎩η(T0(
4.
5.
7.
试根据强迫点燃温度的方程
N u L =
=
ηλ
讨论：1）炽热平板的长度；
2）对流换热Nu 数；3）气流的压力；4）气流的导热系数；5）燃料的活化能；6）燃料的发热量；
对强迫点燃难易程度的影响。
8. 9. 火焰传播。
10. 层流火焰传播的速度是怎么定义的？
答：层流火焰传播的速度定义为流动状态为层流时的火焰锋面在其法线方向相对于新鲜混合气的传播速度。
11. 火焰传播速度的定义式数学表达式是什么？随各个主要影响因素（热扩散率、燃尽时间等）的变化规律是什么？ 答：火焰传播速度定义式的数学表达式为：u ce =-w n （火焰锋面相对静止时）。
a T lr -T 0
u ce =
2Q
根据
λ
⎰
T lr
B
w m dT =
a
2Qw m RT lr E
2
ρC p (T b -T 0)2
可知：
12. 律：
弦定 面法向的分速度就等于气体火焰的传播量空气与燃气流量，可得混合气体流量，知的喷嘴直径，可计算出混合气体的流量火焰的高度，算出火焰圆锥投影的半得到混合气体在火焰锋面法向的分速度 体火焰传播速度。 测量过程：
火焰锋速度。测根据已速；再测角，即可—— 气
① 分别测出空气与燃气的流量 Q kq 和 Q rq （据流量计的不同可能需要修正），计算总的混合气体流
量 Q = Qkq + Qrq ； ② 测出喷嘴内径 R ，计算出喷嘴截面积 A = πR2，从而可算出混合气体流速 W=Q/A ；
sin θ=
R R +h
2
2
③ 测量火焰高度 h ，可计算出火焰圆锥投影半角 。
Q +Q 13. 答：
14.
15. 教材
16.
17. 什么是淬熄距离？
答：火焰传播过程中，在距离壁面数MM 的地方，壁面温度低，dT/dr较高，散热强烈，使Uce 下降，造成火焰无法传播的临界便捷厚度成为淬熄距离。
18. 什么是湍流火焰传播的表面燃烧理论和容积燃烧理论？ 答：表面燃烧理论（舍谢尔金）
火焰面使层流型的，湍流脉动在一定空间内使燃烧面弯曲，皱折，乃至破裂，成“小岛”状的封
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闭小块，这样增大了燃烧面积，从而增大了燃烧速度。 容积燃烧理论
湍流燃烧速度的增加是因为在湍流中热量和活化中心湍流转移速度都大大高于层流中同类型的分子迁移速度率，因而加速了火焰中化学反应，从而提高了实际的法向燃烧速度。
19. 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？——通过火焰的图像特征辨别火焰的种类。
答：扩散火焰：燃料和氧化剂边混合边燃烧，这时由于扩散作用对燃烧起控制作用，又称扩散火焰。
全预混火焰：若一次预混空气系数α1k >=1时为全预混火焰。
具体图像参考教材或PPT 。
20. 答：
21. 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？结合火焰区域的图进行解释。（需要解释，为什么全预混火焰的稳定区比较窄？）
答：当 1K=0，纯扩散火焰，不可能回火，因为管道中没有氧气，火焰传播速度为0。
也不易脱火，因为，随着燃料在环境中的扩散，与氧气混合，火焰传播速度上升，而流速却在扩
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散过程中不断下降，很容易出现火焰稳定点。 火焰极为稳定，但化学不完全燃烧损失大。 α1K=0.4~0.7，稳定区域很大，运行较为可靠。 混合物中火焰传播速度很低，不容易回火。
与纯扩散火焰类似，随着燃料在环境中的扩散，与氧气混合，火焰传播速度上升，而流速却在扩散过程中不断下降，很容易出现火焰稳定点。
α1K 太小时，气体中烃缺氧，发生高温裂解，产生炭黑，火焰呈明亮黄色，发光火焰，黑度大，有利于炉内传热。
α1K ≥1时，既容易回火，也容易脱火，火焰很不稳定。 火焰传播速度很快，管道内供氧充分，很容易回火。
下降更快，很容易脱火。
22. 答：
使用冷却装置：降低混合物温度，从而降低火焰传播速度，甚至直接淬熄火焰。 防止α1K>1.0
加稳焰器——使用钝体或者旋流，形成中心回流区，起到稳定点火源的作用 稳焰方法：利用钝体，旋转射流稳焰，利用逆向喷流稳焰，等等。
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第四章 液体燃料燃烧
1. 液体燃烧的过程是什么？
答：雾化、受热蒸发、扩散混合、着火燃烧
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. 所需的时间，属扩散燃烧。
4.
答：① ② 雾化油滴均匀性 ③ 雾化角： ④ 流量密度
5. 简述机械雾化和介质雾化的过程。
答：① 机械式雾化器
依靠油泵的压力将液体燃料的压力提高，使以较高的压力喷进燃烧室 ②介质式雾化器
用蒸汽做雾化介质，则还可以在雾化同时降低油的粘度，故进入喷嘴的燃油粘度越高时仍能保证
雾化质量，采用空气作介质时，空气压力低，雾化质量较差。
6. 单个油滴的蒸发过程的物理模型怎样？油滴蒸发满足什么定律？试推导之。 7. 请推导单个油滴燃烧时间的表达式。
（6、7）合答：①油滴球形，δ=2r ，其周围温度场(α) ，浓度场均匀(D)
②油滴随气流而动，与气流间无相对运动（Re=0） ③油滴表面温度近似等于饱和温度T 0=Tb
8. 一9. 1.
2. 煤种焦炭的质量大约占多少比例？焦炭的发热量大约占多少比例？焦炭的燃烧时间大约占多少
比例？
，也就
1+KC b
C ∞-C b C b (C ∞-C b ) +C b C ∞ O 2
q =K b ==== m
111111
++
αzl k αzl k αzl k
③举例：气体燃料的扩散火焰中，只要Ｏ2一到火焰锋面就很快消耗掉。因此，强化燃烧唯一的办法就是增加扩散供Ｏ2，即↑αzl
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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？
讨论： ①颗粒直径δ0↓ S ②当T ↑ exp(-
E RT
)
m
=
αzl
k
↑→向动力区移动；
↑
S m =
αzl
k
↓→向扩散区移动；
7.
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注意这两张图，温度向右是减小，k 随t 减小。
8.
9. 请推导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？ 答：一、假设
①燃烧反应在扩散区燃烧，即C 球表面O 2浓度很低，C b ≈0
21 / 26
②碳球表面进行氧化一次反应C+O2=CO2，生成物CO 2向外扩散，没有气化反应CO 2+C=2CO发生
③碳球相对运动Re=0(与周围气体之间无相对运动) ④碳球周围气体浓度分布均匀
二、碳球表面扩散燃烧的燃烧速度
K
o 2b
=α
zl
C ∞
kg/(m2s)
那么单位时间单位C 表面积上消耗的C 量应为：
K
C b
m m ⎰δ
δδ0
δ2
0当δ
10. 答：
22 / 26
11. Re
12.
答O 2浓13. 产热计算：
炉膛容积中的产热率
Q 1=k 0CVQ exp(-
E RT
)
按气流可燃成分的消耗率计算消去C 就得到
Q 1=q V (C 0-C ) Q
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Q -C ) Q
+(C 0-C ) Q
1=
CQ 1
=
(C 01=
CQ 1
=C 0Q ) k q +1V
0V exp(-
E RT
)
k q exp(
E V
RT 0V exp(-
E RT
) k 0V
+1q V
Q ：燃料与空气混合物的发热量 ρ：气流的密度 单位产热量为：
q 1=
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14. 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。2）
一半的空气从二次风送入，但较早送入二次风；3风；4 答：
15. 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。
答：煤粉与一次风气流喷入炉膛后与回流区流来的回流气体混合，并受到火焰的辐射，同时二次风与一次风混合，增大了着火所需热量；在这样三个因素起作用的条件下煤粉与一次风气流升温
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到着火温度而着火。
着火后一部分煤粉与一次风气流转而流入回流区，其他部分继续与二次风混合而燃烧，并向下游流去。
16. 简述煤粉的四角切圆燃烧方式的主要燃烧特点。
答：四角切圆燃烧方式：将直流燃烧喷出的煤粉气流在炉内呈切圆布置，形成切向燃烧（四角或四墙切圆燃烧）。
角置直流燃烧器的煤粉一次风气流所获得的对流传热来自炉内正在旋转的火焰，其中尤其是上邻角燃烧器的火炬冲撞；炉内旋转火焰的旋转速度主要决定于二次风；除了保持一、二次风以合适角，直流燃烧器放在大倒角后形成的炉角壁面上。
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