燃烧理论基础.ppt
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1、第四章 燃烧理论基础,主要内容,活化分子碰撞理论,活化络合物的过渡态理论,链锁反应理论,射流特性及其混合过程,化学反应过程化学平衡,化学平衡 aA+bB cC+dD 化合物的反应速度 单位时间内由于化学反应而使反应物质(或产物)的浓度改变的速率,平均速度,瞬时速度,mol/m3.s,化合物的反应速度 系统的反应速度,质量作用定律,对于单相化学反应,在温度不变的条件下,瞬间的化学反应速度与该瞬间参加反应的反应物浓度的幂次方的乘积成正比,各反应物浓度的方次为该反应物的化学计量系数,反应平衡常数,注意,反应平衡常数只是温度的函数,反应平衡常数的计算公式只适用于基元反应,质量作用定律只适用于基元反应,
2、燃烧的反应速度及反应级数,基元反应中,各反应物的化学计量系数的和即为反应的级数 燃烧反应为复杂反应,反应级数需实验确定 一般碳氢化学物的燃烧反应级数为1.72.2,阿累尼乌斯定律,注意:适用于基元反应,建立在活化分子碰撞理论上,反映了温度对反应速度的影响,活化分子碰撞理论,阿累尼乌斯定律的局限性,只是描述了过程的始末,没有涉及其所经历的过程,燃烧和爆炸是一步完成的。 仅适用于一些燃烧随着反应温度的升高而急遽增高的的情况。 对于许多反应、燃烧现象无法解释,有其局限性,活化络合物的过渡态理论,该理论假设在所有的反应中都存在着反应物的一种中间活化络合态。 活化络合物是反应物的一种瞬变状态,可自发地以
3、一定常速度分解成产物,链锁反应理论,几乎所有的燃烧反应都不是简单地服从质量作用定律和Arrhenius定律,因为燃烧反应的许多特点都无法用简单的反应机理来解释。如: a. 经过一个感应期后达到极高的反应速度 例如氢的燃烧反应 2H2+ O2= 2H2O b. 冷焰现象 有些燃烧反应不需要预热,在很低的温度下即可出现火焰。例如,磷及乙醚蒸气的氧化所出现的冷焰,在未达到正常着火的低温下其反应速度已经很高了; c. 催化作用 例如CO的燃烧反应,加少量的水蒸汽能加快反应的进行。,链锁反应,定义 整个反应由若干相继发生或平行发生的基元反应组成 每一次基元反应又会产生活化中心,且促使反应能够继续发展 反
4、应过程如同链环一样,紧密联系在一起,因而称之为链锁反应 特点 反应速度一般较快 每一个基元反应都可能影响整体反应速度 反应过程中产生大量活化中心(自由态原子、自由基、离子),链锁反应,链锁反应历程:,链的引发-由反应物分子生成自由基的反应,链的传递-自由基与分子相互作用产生新的自由基的交替过程,链的中断-当自由基被消除时链就中止。销毁方式:气相销毁和器壁销毁,链锁反应分类,直链反应 支链反应(分枝链反应),每一步只产生一个活化中心,反应活化中心不增殖,每消耗一个自由基就产生一个以上新的自由基,反应活化中心不断增殖,直链反应,由于链中断随时可能发生,因此直链反应的反应速度很有限,分枝链反应,氢氧
5、燃烧反应机理,(链传递及支化),总反应 :,(1),(链引发),(2),(3),(4),分枝链反应,烃类化合物的燃烧属于分枝链反应 有感应期,感应期比较长 表现出明显的阶段性,即在着火前常出现冷焰 与着火时的热焰比较,温度较低,辉光较弱,产生的热量很少,这种现象是烃类气相氧化的特征之一,称为焰前反应,射流特性及其混合过程,实际意义 射流是大多数工程燃烧混合的主要方式:除固体燃料有时以块状进行燃烧外,其它燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空间的。 物理因素在整个燃烧过程起着更为重要的作用例如有焰燃烧。,1、平面自由射流,定义 气流由喷口射入充满静止空气且不受约束空间时的流动称为自由射流 自由射流
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