第1章_燃烧化学反应动力学基础祥解.ppt
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第一篇 燃烧基础 ——绪论 ?教学目的 ?教学内容 ?学时安排 ?考核方式 ?参考资料 教学目的 ?掌握多元混合反应系统条件下,在全混流以及柱塞流反应器中构造燃烧模型的方法 ?逐步学会在多元混合系统条件下构造复杂燃烧反应模型的方法 ?掌握进行着火、火焰传播和火焰稳定性研究的经典燃烧学理论和研究方法 ?逐步学会自己搭建实验系统或设计反应模型进行燃烧过程研究的方法 燃烧学的背景知识 ?化学热力学 ?化学反应动力学 ?物理学 ?工程热力学 ?流体力学 ?传热学 燃烧过程的理论模化 ?目的 ?模拟燃烧过程并发展对各种条件下燃烧行为的预测 ?帮助解释和理解所观察到的燃烧现象 ?取代困难或昂贵的试验 ?指导燃烧试验的设计 ?有助于确定各独立参数对燃烧过程的影响 燃烧模型的分类:根据燃烧现象的条件分类 燃烧模型的基本组成 燃烧模型的控制方程 ?守恒方程 ?质量守恒(连续性方程) ?动量守恒 ?组分守恒(扩散方程) ?能量守恒 ?输运方程: ?层流——分子输运 ?质量输运(Fick定律) ?动量输运(Newton定律) ?能量输运(Fourier定律) 湍流问题的另外考虑 湍流流体微团的输运——湍流力学课程讲授 ?湍流动能的输运; ?湍流动能和耗散率的输运; ?雷诺应力的输运; ?概率密度函数的输运; ?瞬时脉动量的输运。 ?随着湍流模型的发展还会有其它物理量输运。 ?湍流反应流的处理 ?统计矩方法——统计求解平均化学反应速率 ?概率密度函数法——应用联合PDF方程封闭方程组 参考资料 ?课程内容主参考书 ?《燃烧原理》,陈义良等,航空工业出版社 ?《粉煤燃烧与气化》,J.G.斯穆特,科学出版社 ?《燃烧物理学基础》,付维彪等,机械工业出版社 ?辅助参考书 ?《燃烧理论与化学流体力学》,周力行,科学出版社 ?《高等燃烧学》,岑可法等,浙江大学出版社 ?《化工热力学》, ?《化学反应工程学》 * 催化剂和反应物不同相,催化剂为固体。步骤: ⑴反应物扩散到催化剂表面上?吸附?化学键松弛而活化 ⑵反应物(被吸附物)在催化剂表面的活化中心点上(往往是凹凸不平的点)发生化学反应。所以催化剂越细(表面积越大),表面缺陷(凹凸)越多催化活性越好。 ⑶产物从催化剂表面上解吸(脱离),再扩散到反应空间. 2 固体表面催化反应 * (1) NH3燃烧发生在金属Pt的表面上,发生的反应: 反应中几乎所有的NH3全部转化为NO (2) 不存在催化剂时,几乎得不到NO,而是得到N2 3 催化反应例子:氨(NH3)燃烧氧化得到NO * 一、链式反应的特点 很多化学反应不是一步就能完成从反应物向反应产物的转化,而是由于形成及其活跃的组分而引发一系列连续、竞争的中间反应,导致从反应物转化形成反应产物。 1 链式反应的定义 第四节 链式化学反应 中间反应会生成若干不稳定的自由基或自由原子,称为活化中心。 这些活性中心以很高的化学反应速率与原始反应物分子进行化学反应,本身消失,同时也会产生新的活化中心,使反应一直进行下去直至结束,生成最终反应产物,活化中心起到了中间链节的作用,所以称之为链式反应。 * * 原子弹装药重6.1千克,TNT当量2.2万吨,试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压,致使一座30米高的铁塔被熔化为气体,并在地面上形成一个巨大的弹坑.在半径为400米的范围内,沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质,半径为1600米的范围内,所有的动物全部死亡. 链式反应是化学反应中最普通、最复杂的反应形式; 其各个中间反应均属于基元反应; 各个反应具有各自不同的反应速率常数; 是燃烧过程中必然发生的复杂化学反应; 虽然链式反应的概念尚难以详细地应用于复杂反应系统的分析,但有助于认识反应机理。 2 链式反应的作用 * 3 链式反应基本过程 a) 链的激发(引发) b)链的传播 c)链的终止(中断) * 链式反应基本过程 在外界因素(热力、高能分子碰撞)作用下稳定的组分断裂生成一个基或若干个基(也称为自由基、根或游基),由原反应物产生基的过程,该过程需要足够的能量分裂原反应物分子以产生基。是反应最艰难的阶段。 自由基与分子相互作用,旧的自由基消失的同时重新产生一个或几个自由基。 a) 链的激发(引发) b)链的传播 * 两个基形成一个稳定的组分,直至反应物浓度消耗至尽,或由于基销毁的速度大于基生成的速度,导致链的终止。产生基的基元反应为启链反应,而基被破坏的基
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