燃烧学 第3版 PPT课件 第2章 燃烧化学反应动力学基础.pptx

第 2 章 燃烧化学反应动力学基础贺龙2.1燃烧化学反应动力学概述燃烧是燃料与氧气的剧烈化学反应，将燃料的化学能转化为热能化学反应是燃烧的基本过程，分为单相燃烧化学反应和异相燃烧化学反应研究燃烧化学反应过程：化学反应动力学法化学反应动力学研究：化学反应机理与化学反应速率化学反应动力学研究对象：理想掺混、温度均匀的化学反应系统大多数实际燃烧过程为湍流燃烧，要依赖于燃烧化学动力学与湍流流体力学的耦合燃料在燃烧室内快速完成燃烧反应，释放热量，还要抑制与燃烧有关污染物的产生污染物生成的各种化学反应，是燃烧学的研究内容之一2.2 燃烧化学反应速率浓度 化学反应速率与参与反应的物质的浓度有关,描述浓度的参数： (1)、质量浓度:单位体积的混合物中某一组分A的质量 (2)、质量的量浓度 (3)、摩尔分数 (4)、摩尔分数与质量的量浓度的关系：2.2.1化学反应速率2.2.2(1)、化学反应速率 平均反应速率 瞬时反应速率(2)、混合物质燃烧化学反应前后反应速率的关系 (3)、反应物和反应产物的浓度随时间的变化曲线:反应物初始浓度:反应产物在任一时刻的浓度(4)、异相反应（固态与气态同时存在） 反应速率是指在单位时间内、单位表面积上参加反应的物质的量基元反应与总包反应2.2.3 绝大多数化学反应为复杂化学反应：并非一步完成，经若干相继的中间反应，涉及若干中间产物生成最终产物 基元反应是组成复杂反应的各个反应 表示反应物分子、原子或原子团直接碰撞而发生的化学反应各个过程 总包反应是一系列基元反应的物质平衡结果 采用总包反应表示某一特定过程的化学反应机理是一种“黑箱”方法，虽然可以有效地用于某些燃烧反应的热量平衡与质量平衡计算，但并不有助于理解化学反应机理以及进一步解决控制化学反应过程的问题 质量作用定律 质量作用定律阐明了反应物浓度对化学反应速率的影响规律。 质量作用定律：在一定温度下，基元反应在任何瞬间的反应速率与该瞬间参与反应的反应物浓度幂的乘积成正比。 表示 化学反应速率和反应物浓度的关系 质量作用定律只能用于基元反应，而不能直接应用于总包反应。2.2.4对于任意复杂的一步化学反应Mi的净生成速率 质量作用定律表达式的内涵是浓度的变化仅是由化学反应所引起的，其他可以引起浓度变化的因素还包括体积的变化、组分流入或流出系统等情况反应级数2.2.5 定量表示反应物浓度变化对化学反应速率的影响程度 用来分析燃烧过程的化学动力学 对一步完成的简单化学反应与所有的基元反应，反应速率表达式中的反应物浓度指数之和为该反应的反应级数，基元反应的反应级数总为整数。 以n表示化学反应级数， 一般化学反应方程式： 反应级数一般表达为： 基元反应的化学反应速率由分子直接碰撞而发生的反应称为基元反应，基元反应发生在分子、原子、离子和自由基水平，严格符合质量作用定律每一个基元反应的反应速率均源于各自分子间的碰撞，并不取决于混合物的环境因素在比较理想化的实验条件下测定的基元反应速率可直接应用到压力较高且存在其他成分的场合 基元反应的化学计量系数代表参与反应的组分的摩尔数，基元反应分为以下形式，相应的化学反应速率为： (1)、双分子反应： (2)、单分子反应： (3)、三分子反应 ：2.2.6 在基-基之间的基元反应中，两个分子消失而形成组分C，需要“第三者”参与才能完成该反应过程。在碰撞期间，新生成的分子的内能?传递给分子M，并表现为M的动能，以带走形成稳定组分的能量，如果没有这一能量传递过程，新形成的分子会分解回到?它的组成原子。 实际上，在三分子反应中三个分子相互碰撞的概率很小，因此，化学反应速率极低。在气相反应中，三分子反应很少见，属于这类反应的只有NO参加的某些反应。目前还没有发现三分子以上的碰撞反应。 必须经过实验的方法才能确定化学反应的机理，并得到反应途径、中间组分及写出反应过程中的各个基元反应方程式，之后才能应用质量作用定律来正确地表达反应物浓度影响反应速率的幂次。总包反应的化学反应速率2.2.7不能按总的反应方程式直接应用质量作用定律来表征反应速率与反应物浓度的关系质量作用定律只有应用于描述正确反应机理的基元反应方程式时才具有意义在分析实际燃烧系统时，为了简化起见，基于总包反应的概念，写出总反应方程式，并借用质量作用定律的形式写出其反应速率表达式 根据质量作用定律，燃料的消耗速率表示为： 对总包化学反应，指数a、b与反应级数有关，由试验曲线拟合而得2.3影响化学反应速率的因素温度对化学反应速率的影响 ——阿累尼乌斯定律 在影响化学反应速率的诸因素中，温度对反应速率的影响最为显著 化学反应速率常数: k0—前置因子，指前因子或频率因子； R—通用气体常数，R =8.314J/(mol·K)； E—活化能，单位为J/mol，E可由实验