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《燃烧学》课程笔记

第一章燃料与燃烧概述

一、燃烧学发展简史

1.古代时期

-早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。

-古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。

2.中世纪时期

-炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。

-罗杰·培根（RogerBacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。

3.17世纪

-法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（AntoineLavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。

-拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。

4.18世纪

-约瑟夫·普利斯特里（JosephPriestley）和卡尔·威廉·舍勒（CarlWilhelmScheele）分别独立发现了氧气。

-拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。

5.19世纪

-热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。

-化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。

6.20世纪

-燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。

-计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。

-环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。

二、常见的燃烧设备

1.炉子

-锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。

-炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。

-热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。

2.发动机

-内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。

-燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。

3.焚烧炉

-医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。

-城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。

4.火箭发动机

-化学火箭发动机：使用液态或固态推进剂，如液氧和液氢。

-固体火箭发动机：使用固体推进剂，结构简单，适用于小型火箭。

5.工业炉窑

-高炉：用于炼铁，使用焦炭作为燃料和还原剂。

-玻璃熔炉：用于生产玻璃，使用天然气或重油作为燃料。

三、常见的燃料

1.固体燃料

-煤：分为无烟煤、烟煤、褐煤等，广泛应用于发电和工业生产。

-木材：生物质能源，可用于家庭取暖和小规模发电。

-生物质：包括农业废弃物、林业废弃物和专门种植的能源作物。

2.液体燃料

-石油：经过炼制得到汽油、柴油、煤油等，是交通运输的主要能源。

-汽油：用于汽车发动机，具有较高的能量密度。

-柴油：用于柴油发动机，热效率高，广泛应用于重型车辆和工业。

3.气体燃料

-天然气：主要成分是甲烷，是一种清洁、高效的燃料。

-液化石油气（LPG）：主要成分是丙烷和丁烷，常用于家用和商业烹饪。

-氢气：被认为是一种理想的未来能源，燃烧产物为水，无污染。

4.核燃料

-铀：在核反应堆中通过核裂变释放能量。

-钚：可以作为核反应堆的燃料，也可以用于核武器。

第二章燃烧热力学与动力学基础

一、化学反应动力学基础基本概念概述

1.化学反应速率

-定义：指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。

-表达式：速率=Δ浓度/Δ时间

-单位：通常用mol/(L·s)或mol/(m3·s)表示。

2.反应物浓度

-浓度单位：mol/L（摩尔每升）或mol/m3（摩尔每立方米）。

-浓度对反应速率的影响：浓度越高，反应速率通常越快。

3.反应级数

-定义：反应速率方程中各反应物浓度项的指数之和。

-类型：零级反应、一级反应、二级反应等。

二、化学反应速率与质量作用定律

1.质量作用定律

-内容：在一定温度下，化学反应速率与反应物的有效浓度乘积成正比。

-数学表达式：速率=k[A]^m[B]^n，其中k是速率常数，[A]和[B]是反应物的浓度，m和n是反应物的反应级数。

2.反应速率方程

-通过实验确定反应级数和速率常数。

-速率方程的具体形式取决于反应机理。

三、温度对化学反应速率的影响——Arrhenius定律

1.Arrhenius方程

-表达式：k=A*e^(-Ea/RT)

-A（频率因子）：与反应物的碰撞频率和取向有关。

-Ea（活化能）：反应物分子转变为产物分子所需的最小能量。