2006年哈工大燃燒學(xué)期末考試題

一、解釋下列名詞（每題3分，共18分）1、絕熱火焰溫度：燃料在絕熱的條件下完全燃燒所能達(dá)到的最高溫度。2、化合物的反應(yīng)焓：在幾種化合物（或元素）相互反應(yīng)形成生成物時(shí)，放出或者吸收的熱量稱為反應(yīng)焓。3、斯蒂芬流：在燃燒問題中，在相分界面處存在著法向的流動(dòng)，多組分流體在一定的條件下在表面處將形成一定的濃度梯度，因而可能形成各組分法向的擴(kuò)散物質(zhì)流。如果相分界面上有物理或化學(xué)過程存在，那么這種物理或化學(xué)過程也會(huì)產(chǎn)生或消耗一定的質(zhì)量流。于是在物理或化學(xué)過程作用下，表面處又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與擴(kuò)散物質(zhì)流有關(guān)的法向總物質(zhì)流。稱為斯蒂芬流。4、可磨性系數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)煤樣和試驗(yàn)煤樣由相同粒度破碎到相同細(xì)度所消耗的能量之比。5、著火感應(yīng)期：可燃混合物從初始溫度T0升高到著火溫度Tc所需要的時(shí)間。6、索太爾平均粒徑：用全部顆粒的體積除以總表面積所獲得的平均粒徑，32d5=d32=Σnd/Σnd二、填空（每空2分，共32分）1、按照燃料和空氣燃燒過程的氣體動(dòng)力學(xué)特性，固體燃料的基本燃燒方式可以分為__層燃__、____流化床燃燒____和___煤粉燃燒___三種。2、液體燃料的霧化方式可分為_____介質(zhì)霧化____和_______機(jī)械霧化____兩種類型。3、CH4在純氧中燃燒，所生成的NOx的類型包括____無____和______無_______。試題：班號(hào)：姓名：第2頁（共8頁）4、某煤的工業(yè)分析成分和發(fā)熱量如下：Var,%Mar,%Aar,%FCar,%Qnet,ar,MJ/kg1810255220請(qǐng)計(jì)算，該煤質(zhì)屬于___煙__煤，1000噸該煤相當(dāng)于___682.4___噸標(biāo)準(zhǔn)煤。5、鏈鎖反應(yīng)的三個(gè)基本步驟是__鏈的激發(fā)__、__鏈的傳遞__和__鏈的銷毀__。6、設(shè)某一反應(yīng)溫度由400℃增至500℃時(shí)，反應(yīng)速率將增加值原來的e(e=2.718)倍，該反應(yīng)的活化能是__________________。7、按照碳燃燒的異相反應(yīng)理論，當(dāng)反應(yīng)溫度低于1300℃時(shí)，碳粒表面反應(yīng)的關(guān)鍵控制步驟是_絡(luò)合物離解反應(yīng)_。8、煤粒一次熱解后，生成的產(chǎn)物分為兩大類，分別是___揮發(fā)分___和__焦炭___。試題：班號(hào)：姓名：第3頁（共8頁）三、假定：1）油滴為均勻?qū)ΨQ的球體；2）油滴隨風(fēng)飄動(dòng)，與空氣沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；3）燃燒進(jìn)行得很快，火焰面很??；4）油滴表面溫度為飽和溫度；5）忽略對(duì)流與輻射換熱；6）忽略油滴周圍的溫度場(chǎng)不均勻?qū)釋?dǎo)率、擴(kuò)散系數(shù)的影響；7）忽略斯蒂芬流。試計(jì)算火焰鋒面的直徑、油耗量，以及油滴直徑與時(shí)間的關(guān)系。（10分）對(duì)半徑為γ的球面，通過球面向油滴傳導(dǎo)的熱量應(yīng)等于燃油氣化所需熱量和使油氣溫度由0T升高至T所需熱量，即2()04pdTmLCTTdπγλγ=??+???從油滴表面（0r和0T）至火焰前鋒（fr和fT）積分，則得()fforro204TTpdTmdcTTLrγπλ=?+∫∫()f00f4ln111ppcmTTLcrrπλ??=?+???????+???（6-17）假設(shè)在火焰前鋒之外有一半徑r的球面，氧從遠(yuǎn)處通過這個(gè)球面向內(nèi)擴(kuò)散的數(shù)量必然等于火焰前鋒上所消耗掉的氧，即等于式（6-17）的油氣流量m乘上氧與燃油的化學(xué)當(dāng)量比β，即4r2DdCmdrπ=β將上式改寫后在離油滴很遠(yuǎn)處和火焰前鋒之間積分，即f024CrDdCmdrγπβ∞∞∫=∫于是可得出火焰前鋒半徑為f4rmDCβπ∞=（6-18）式中C∞為遠(yuǎn)處的氧濃度。將式（6-18）代入式（6-17）可解出m為：()0f04ln1ppcDCmrTTcLλπβ∞??????=??+??+???????（8-19）設(shè)在某一時(shí)刻τ油滴直徑為fd，體積為36fdπ，經(jīng)過時(shí)間dτ后油滴的體積將減小為2()2ffdddπ，質(zhì)試題：班號(hào)：姓名：第4頁（共8頁）量將減小2()02ffdddπρ，在穩(wěn)態(tài)的蒸發(fā)氣化燃燒時(shí)，油滴在單位時(shí)間減少的質(zhì)量即油滴在單位時(shí)間燒掉的燃油量為2()ff02dddmdπρτ=?式中0ρ為燃油的密度。將（6-19）代入上式，在代入時(shí)將0r換算為fd（即f0d=2r）代入，于是可得出(f)()f00f4ln1ppddcDCTTddcLλτρβ∞???????=??+??+???????上式可以改寫成()ff2bddd=?Kdτ(2)fbdd=?Kdτ式中：()f008ln1pbpcDCKTTcLλρβ∞??????=??+??+???????（6-21）22f0bd=d?Kτ（6-22）試題：班號(hào)：姓名：第5頁（共8頁）四、按照碳粒燃燒的速度，碳燃燒過程可以分為那幾個(gè)控制區(qū)？在每個(gè)燃燒控制區(qū)，為縮短碳的燃盡時(shí)間應(yīng)該采取哪些措施？（10分）碳的燃燒速度可以表示為：∞+=CkKdOsα1112化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素k和擴(kuò)散因素dα均影響破燃燒的反應(yīng)速度，這種影響把碳的燃燒過程分為三個(gè)控制區(qū)：(1)k>>dα，∞K=CdOs2α，稱為擴(kuò)散控制的燃燒。(2)k<<dα，∞KO=kCs2，稱為動(dòng)力控制的燃燒。(3)dk≈α，k和dα的數(shù)量級(jí)差不多，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素兩者均不可忽略，稱為過渡控制的燃燒。改善碳粒燃盡時(shí)間措施：1．?dāng)U散燃燒區(qū)：減小碳粒的粒徑；提高碳粒和氧的混合效果，例如提高氧濃度，增加空氣量；延長停留時(shí)間。2．動(dòng)力燃燒區(qū)：提高反應(yīng)區(qū)溫度；減小碳粒的粒徑；延長停留時(shí)間。3．過渡燃燒區(qū)：減小碳粒的粒徑；提高碳粒和氧的混合效果，例如提高氧濃度，增加空氣量；提高反應(yīng)區(qū)溫度；延長停留時(shí)間。試題：班號(hào)：姓名：第6頁（共8頁）五、試分析影響可燃?xì)鈱恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩赜心男瑸樘岣邔恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葢?yīng)該采取哪些措施？（10分）根據(jù)澤爾多維奇火焰?zhèn)鞑サ臒崂碚摚瑢恿骰鹧驿h面內(nèi)的平均反應(yīng)速率可以表示為：()12022002pfuQcTTλυρ??=???????可燃混氣的壓力、初溫、成分等因素對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔杏绊憽?.溫度的影響：（1）混合物初溫的影響火焰?zhèn)鞑ニ俣?u隨初溫0T的增大而增大，其關(guān)系大致為00u∝Tm的形式，這里m大約在1.5-2之間；(2）火焰溫度的影響從圖5-41可以看出，火焰溫度對(duì)0u的影響較為復(fù)雜。在溫度不0u隨fT的增加主要表現(xiàn)在指數(shù)項(xiàng)exp(?E/RT)上，因而火焰溫度對(duì)0u起決定性影響的太高時(shí)，0u的影響要比0T的影響大得多?？梢哉J(rèn)為，就溫度而言，對(duì)是火焰溫度。2.壓力的影響：0u將要減小，，而()00uρ要增隨著壓力增大，而其它參數(shù)不變時(shí)，質(zhì)量傳播速度加。3.燃料／氧化劑很合比的影響：對(duì)于大多數(shù)火焰，當(dāng)混合比等于化學(xué)計(jì)量比時(shí)，火焰速度最大。對(duì)于以空氣作氧化劑的火焰，其最大傳播速度是當(dāng)燃料濃度比化學(xué)計(jì)量比稍富時(shí)才能達(dá)到。4.燃料結(jié)構(gòu)的影響：對(duì)于飽和烴類，如乙烷、丙烷等，火焰?zhèn)鞑ニ俣葞缀跖c分子中碳原子數(shù)目Cn無關(guān)；對(duì)于不飽和烴類，0u隨Cn的增加而減少，并且在Cn＜4的范圍內(nèi)，0u下降得很迅速；隨著燃料分子量的增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣龋扇紭O限）范圍有越來越小的趨勢(shì)。5.添加劑的影響（1）惰性添加劑的影響：(2)反應(yīng)添加劑的影響若有兩種以上具有相同火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊幕鞖庀嗷セ旌蠒r(shí)，不論其混合比例如何，混合體火焰速度仍能保持不變。而當(dāng)原來混氣火焰速度不同，若各種燃料的性質(zhì)相差又則混合后氣體火焰速度當(dāng)介于原來各混氣火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g。惰性物質(zhì)的加入，將使火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档汀：蟮臍獠惶?，試題：班號(hào)：姓名：第7頁（共8頁）六、本生燈燃燒煤氣時(shí)，當(dāng)供給本生燈的一次風(fēng)過量空氣系數(shù)分本生燈的火焰形狀有什么變化，請(qǐng)畫圖說明，并分析上述各種火焰的火焰特點(diǎn)。（α=0：燃料所需空氣全部由外部供給，火焰很長，發(fā)出黃色亮光，且不時(shí)冒黑煙，只有外焰。α=0.8：燃料與一級(jí)空氣在第一個(gè)內(nèi)火焰處開始燃燒，因?yàn)檠趿坎蛔?，預(yù)混氣中的氧耗盡后，煤氣沒有燒完，靠二級(jí)空氣來燃燒，火焰變短，內(nèi)外焰。α=1：火焰只有一層，比過量空氣系數(shù)小于1時(shí)更加明亮。α=1.1：火焰只有一層，比過量空氣系數(shù)等于1時(shí)變長，火焰亮度稍微變暗。α=2：火焰只有一層，比過量空氣系數(shù)等于1.1時(shí)進(jìn)一步變長，火焰亮度明顯減弱，容易出現(xiàn)火焰不別為0，0.8，1、1.1和2，10分）穩(wěn)的情形。試題：班號(hào)：姓名：第8頁（共8頁）七、如果將燃燒過程中過量空氣系數(shù)自1提高到1.2，對(duì)燃料燃盡會(huì)有何影響步提高過量空氣系數(shù)到2.2，對(duì)燃料燃盡和化學(xué)反應(yīng)速度會(huì)有和影響？試用有關(guān)理論分析10分）燃燒過程的控制因素既包括燃燒化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素，也包括燃料和空氣混合的擴(kuò)散因素。化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素主要和燃料本身的物理化學(xué)性質(zhì)、燃燒區(qū)溫度有關(guān)系；而擴(kuò)散因素既取決于燃燒區(qū)溫度，也取決于燃料的顆粒尺寸，以及燃料顆粒周圍氧氣的濃度。燃燒過程從燃料著火開始，著火的早晚取決于燃料和空氣的混合物同的停留時(shí)間下，著火越早，燃盡效果越好。著火熱由三部分構(gòu)成，即干燃料升溫所需熱量，空氣？如果進(jìn)一之。（獲得足夠著火熱的時(shí)間。在相升溫所需熱量和水分蒸發(fā)和升溫所需熱量。這三部分熱量中，空氣升溫所需的熱量最多，約占全部著火熱的70%?？刂迫紵^程空氣量的混入對(duì)改善燃料著火至關(guān)重要。過量空氣系數(shù)增加，一方面提高了燃料周圍氧氣的濃度，加強(qiáng)了空氣和燃料的混合，使燃盡時(shí)間縮短，但同時(shí)也增加了燃料燃燒的著火熱，使反應(yīng)區(qū)溫度降低，著火推遲。當(dāng)燃料的停留時(shí)間一定時(shí)，燃料的燃盡效果會(huì)變差。燃燒過程的過量料的著火熱空氣系數(shù)從1增加到1.2，按照一般燃燒過程的