高等燃烧学讲义第2章(郑洪涛5学时)x

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1、高等燃烧学主讲人：郑洪涛联系电话：15004609304Ø第二章燃烧与热化学–热力学性质关系式回顾–热力学第一定律–反应物和生成物的混合物–绝热燃烧温度–化学平衡——热力学第二定律–燃烧的平衡产物–应用–小结第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回顾Ø广延量和强度量–广延量的数值取决于物质的数量(质量或物质的量)。•广延量通常用大写字母来表示，体积V(m3)，内能U(J)，焓H(J)等。–强度量以单位质量（或物质的量）来表示，它的数值与物质的数量无关。•强度量一般用小写字母来表示，比容v(m3/kg)，比内能u(J/kg)，比焓h(J/kg)等。–这一用小

2、写字母表示强度量的规定有个例外，就是强度量温度T。–从强度量得到广延量，只要简单地用单位质量〈或物质的量〉的值乘以物质的质量〈或物质的量)，如：•v=mv(或Nv)•u=mu(或Nu)•H=mh(或Nh)第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回顾Ø状态方程–状态方程用来表示一种物质的压力p、温度T和体积V(比容v)之间的关系。理想气体，状态方程可以表达成以下几种等效的形式:»pV=NRuT»pV=mRT»pv=RT»p=ρRT–式中，气体常数R可以用通用气体常数Ru=8.314J/(mol.K)和气体摩尔质量MW表示，»R=Ru/MW–假设所有的气体组分和

3、气体混合物都具有理想气体的性质，在高温下是一个可接受的近似。第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回顾Ø状态的热方程–表示内能(或焓)与压力和温度关系的方程称为状态的热方程，即u=u(T,v)h=h(T,p)–对上两式取微分，就可以获得u和h的微分表达式。•对温度的偏导数分别是定容比热和定压比热。不管是实际还是理想气体，比热容cv和cp通常都是温度的函数。分子的内能是由振动和转动能量储存，随温度的增加而逐渐变得活跃。一般地，分子结构越复杂，其摩尔热容就越大。•对于理想气体，对比容的偏导数和对压力的偏导数都为零。第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回

4、顾Ø理想气体混合物–用于表示混合物的组成的两个重要且有用的概念是组分摩尔分数Xi和组分质量分数Yi。Xi和Yi可通过摩尔质量相互转换。•组分摩尔分数也可用来确定出对应组分的分压。对于理想气体，混合物的压力就是所有物质的分压之和，分压则可用混合物成分的摩尔分数和总压来计算得到。第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回顾Ø理想气体混合物•对于理想气体混合物，多数的以质量〈或物质的量〉为基的混合物强度参数可以简单地去用各物质的强度参数的质量分数(或摩尔分数〉的加权和来计算得到。•其他用这种方法来处理的常用参数还有内能u。在理想气体的假设下，不管是纯物质参数，还是

5、混合物的参数都与压力无关。•混合物的熵也可以用各物质的加权和来计算。不过此时，单一物质的熵还与该组分的分压有关，各组分的熵可以用标准状态的值来计算。第二章燃烧与热化学——2.1热力学性质关系式回顾Ø蒸发潜热（蒸发焓）•燃烧过程中，液体-蒸气之间的相变很重要。定义蒸发潜热hfg为在给定温度下单位质量的液体在定压过程中完全蒸发所需要的热量。•给定温度和压力下的蒸发潜热经常和克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程一起用来计算饱和压力随温度的变化。•这个方程假设液体相的比容与蒸气相比较是可以忽略的，且蒸气相的行为是理想气体。例如，如果假设hfg是

6、常数，对上式从(psat,1,Tsat,1)积分到(psat,2,Tsat,2)，就可以在已知ppsat,1,Tsat,1和Tsat,2的条件下计算出psat,2。第二章燃烧与热化学——2.2热力学第一定律Ø热力学第一定律表达的最基本的原理是能量守恒。根据研究对象的不同，可分为两种描述方法：•定质量系统（封闭系）•有固定边界与稳定流动的控制体（开口系）第二章燃烧与热化学——2.2热力学第一定律Ø质量一定的系统（封闭系）•能量守恒表示为在两个状态1和2之间的有限变化。1Q2和1W2都是路径函数，只发生在系统的边界上。ΔE1-2是系统总能的变化。总能是指内能、动能和

7、势能的总和。•系统的能量是一个状态参数，即ΔE与路径无关。•以单位质量为基准或表示为随时刻变化瞬时量的形式如下：第二章燃烧与热化学——2.2热力学第一定律Ø控制体（开口系）假设：•(1)控制体相对于坐标系是固定的。这就可以不考虑由于有运动边界而产生相互影响的功，同时也可以不考虑控制体本身的动能和势能的变化。•(2)控制体内及控制面上的流体参数不随时间变化，所有过程都是稳态的。•(3)入口和出口截面上的流体参数都是均匀的，不必进行积分，是一个定值。•(4)只存在一个人口和一个出口。这是为了简化，可以有多出/入口的情形。第二章燃烧与热化学——2.2热力学第一定律Ø控

8、制体（开口系）假设：•(