1-燃烧理论(绪论)

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1、高等燃烧学绪论一、燃烧学科的发展二、燃烧是一个学科三、燃烧过程的理论模化四、课程的教学内容和主要参考书一、燃烧学、燃烧技术和燃烧科学的发展燃烧学是研究着火、熄火和燃烧机理的学科。燃烧是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应，并伴有发光发热的现象。燃烧不单纯是化学反应，而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。燃烧学的研究内容通常包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧

2、的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧烈的氧化反应。燃烧学的定义：是研究燃烧过程基本规律及其应用技术的科学。它包括两方面的内容：燃烧理论和燃烧技术。燃烧理论着重研究燃烧过程所包含的各个基本现象，主要运用化学、传热传质学和流体力学的有关理论，对基本现象的物理化学本质进行阐述。热能领域主要研究燃料的燃烧速度、燃烧稳定性、火焰的流场和结构、燃烧污染物生成机理和燃烧过程的数学模型的建立等等。燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐述的物理概念和基本规律与世

3、纪工程中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析和改进，探讨新的研究方法，提高燃料利用率和燃烧设备的水平。燃烧理论的发展十八世纪中叶以前：中国有五行说。西方有燃素说。1756年俄国科学家罗蒙诺索夫，1777年法国化学家拉瓦锡，他们根据试验提出了可燃物质氧化的学说，才真正揭开了火之谜。燃素说的正确评价十七世纪末叶斯嗒尔(G.E.Stah1)提出燃素论做为燃烧理论一切物质之所以能够燃烧，都是由于其中含有着被称为燃素的物质。被证明完全错误注意观察和理论总结的研究方法，却为后代科学家提供一个范例，也正是这种精神

4、，使后来正确的燃烧学说得到很快的发现。燃素逸至空气中时就引起了燃烧现象，逸出的程度愈强，就愈容易产生高热、强光和火焰。物质易燃和不易燃的区别，就在于其中含有燃素量的多寡不同。这一学说对于许多燃烧现象给予了说明燃素的本质是什么?为什么物质燃烧重量反而增加?为什么燃烧使空气体积减少?1772年11月1日法国科学家拉瓦锡关于燃烧的第一篇论文发表了，其要点是由燃烧而引起的重量增加。这种“重量的增加”是由于可燃物同空气中的一部分物质化合的结果。燃烧是一种化合现象拉瓦锡尚未完全弄清楚这空气的一部分是什么物质，1774年

5、，普利斯特列发现了氧拉瓦锡很快在实验中证明，这种物质在空气中的比例为1/5，并命名这一物质为“氧”(原义为酸之源)拉瓦锡正确的燃烧学说得到确立，并因此而引起了化学界的一大革新。这仅仅是揭开了燃烧的本质。十九世纪由于化学和热力学的发展，人们开始把燃烧过程作为热力学平衡体系来研究，得到燃烧过程的一些重要静态特性参数：燃烧反应热、燃烧温度、燃烧产物组成等。但形而上学地把某些特性看成孤立不变的参数，把热力学的特点看成是燃烧现象的唯一特点。二十世纪初美国化学家刘易斯和苏联化学家谢苗诺夫等人研究了燃烧的反应动力学机理，

6、认为燃烧的化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，并发现燃烧反应具有链锁反应的特点，这才初步奠定了燃烧理论的基础。人们逐渐认识到控制燃烧过程不仅仅是化学反应动力学因素，而且还有传热、传质和气体流动等物理因素综合作用的结果。二十世纪五十年代后期美国力学家冯·卡门和我国科学家钱学森首先倡议用连续介质力学方法来研究燃烧基本现象，建立了“化学流体力学”。许多学者根据这一方法来研究燃烧问题，如层流燃烧、湍流燃烧、火焰稳定等，取得了广泛的研究成果。二十世纪七十年代，以英国科学家斯波尔丁(spalding)为首的学派比较

7、系统地把计算流体力学的方法用于有燃烧现象的边界层流动、回流流动和旋转流动，建立了“计算燃烧学”。能很好地定量预测燃烧过程和燃烧设备性能，使燃烧理论及其应用达到了新的高度。同时燃烧测试技术的发展改进了试验方法和测试精度，使人们有可能更深入、更全面和更精确地研究和掌握燃烧机理。斯波尔丁(D.B.Spalding)在六十年代后期首先得到了层流边界层燃烧过程控制微分方程的数值解，并成功地接受了实验的检验。遇到了湍流问题的困难，斯波尔丁和哈洛[3][4]在继承和发展了普朗特，雷诺和周培源[5]等人的工作，将“湍流模型

8、方法”引入了燃烧学的研究，提出了一系列的湍流输运模型和湍流燃烧模型，并成功地对一大批描述基本燃烧现象和实际的燃烧过程进行了数值求解80年代，英、美、俄、日、德、中、法等的工作，形成了“计算燃烧学”，定量预测燃烧过程和燃烧技术，使燃烧理论及其应用达到了一个新的高度燃烧过程测试手段的进展，先进的激光技术，现代质谱、色谱等光学，化学分析仪器，改进了燃烧实验的方法，提高了测试精度，研究燃烧过程的各种机理燃烧学在深度和广度