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燃烧学-绪论.ppt

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绪论6燃料的发展及应用一.为什么学习燃烧学火的使用是人类出现的标志之一。 人类的物质文明史与燃烧技术的发展不可分割 ——人类社会文明进程的每一个里程碑，以及发明改进，都离不开燃烧技术的改进与提高 火的历史也就是人类社会进步的历史。日常生活：居室取暖、家用电器所用电 动力生产：电厂、锅炉厂、交通工具（汽车发动机、航空发动机）、空间技术（火箭燃烧技术） 工业：钢、铁、铝及其他有色金属的冶炼过程、石油的炼制、许多的工业燃烧设备（铝合金溶解炉、保温炉、热处理炉、燃烧机、玻璃熔解池、焙烧窑、助气锅炉、水套炉）火力发电厂汽车、航空和航天发动机3.燃烧是化学发展的主线火灾 锅炉爆炸1 1988年9月夜，锦州发 电厂配200MW发电机 组的670t/h锅炉在灭火 后投油，造成炉膛爆， 炉膛由方变圆，裂开 400mm，锅炉锅筒移 位261mm，工字钢梁 移位240mm，楼梯断 裂，当场炸死一人。 锅炉爆炸2 1993年，宁波北仑港电 厂配600MW的2008t/h 锅炉燃烧组织不当，炉 膛严重结渣，大渣落下 砸坏水冷壁，（18.2M pa,360°）高压水冲破 炉墙，当场烧死，烫死 ，窒息死亡19人，造成 严重损失。关键在于：如何以燃料作为能量来源和合理组织燃烧过程的问题。 ——需燃烧学来解决。学习燃烧学的目的：二.燃烧学的发展史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，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?18世纪：燃烧的氧化论——拉瓦锡（LaVoisier） 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，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空气的这一部分是何物质。 1774年，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。19世纪：燃烧热力学——Kerchief，Hess 19世纪，由于热力学和热化学的发展，燃烧过程开 始被作为热力学平衡体系来研究，从而阐明了燃烧 过程中一些最重要的平衡热力学特性，如燃烧反应 的热效应，燃烧产物平衡组成，绝热燃烧温度、 着火温度等。 热力学成为燃烧现象认识的重要而唯一的基础。 20世纪初：燃烧反应动力学——Semonov，Lewis 美国化学家刘易斯和俄国化学家谢苗诺夫等人将化 学动力学的机理引入燃烧的研究。 确认燃烧的化学反应动力学是影响燃烧速率的重要 因素，且发现燃烧反应具有链锁反应的特点。 才初步奠定了燃烧理论的基础。 20世纪20～50年代：燃烧学——Zeldovich，Frank-Kamenetsky，Spalding，Predvoditelev，Khitrin 随着本世纪初各学科的迅猛发展，在20年代和50年 代之间，苏联科学家泽尔多维奇(Zeldovich)等开 始认识到影响和控制燃烧过程的因素不仅仅是化学 反应动力学因素，还有气体流动，传热，传质等物 理因素，燃烧则是这些因素的综合作用的结果。 建立了着火、火焰传播、层流燃烧、湍流燃烧、液 滴燃烧和碳粒燃烧等的基本规律。——燃烧学20世纪50～60年代：化学（反应）流体力学——VonKarmen，钱学森 航空、航天技术的发展，使燃烧的研究由一般动力 机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等 问题中，并取得了迅速的发展。 因此美国力学家冯·卡门和我国力学家钱学森首先 倡议用连续介质力学来研究燃烧基本过程，并逐渐 建立了所谓的“反应流体力学”。 学者们开始以此对一系列的燃烧现象进行了广泛的 研究。20世纪70年代初：燃烧的计算流体力学—Spalding，Gosman，Smoot，Swithenbank 斯波尔丁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，斯波尔丁和哈洛在继承和 发展了普朗特，雷诺和周培源等人的工作，将湍 流模型方法”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。最终提出了一系列流动、传热传质和燃烧的数学模 型和数值计算方法，把燃烧学的基本概念、化学流 体力学理论、计算流体力学方法和燃烧室的工程设 计有机地