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1、第三章燃烧反应动力学化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速度及其影响因素的一门科学，其内容是极其广泛的，因为化学反应是燃烧现象的一个主要而基本的过程，所以对于从事燃烧过程的分析与研究的科技人员来说，自然会涉及到化学动力学的知识，即化学反应动力学的理论要用于燃烧过程的分析与研究中，具体地说，燃烧反应动力学的内容就是研究燃烧反应机理和燃烧反应速度及其影响因素。化学动力学在燃烧理论中占有重要的地位，尤其是燃烧反应速度已成为衡量燃烧过程特性的一个主要参数，由于物理化学是一门复杂的学科，我仅在这里粗略地介绍一个与燃烧现象有关的一些概念和知识。其它内容主要靠自学。第一节化学反应速度一
2、.基本概念在研究化学平衡时，大家都知道，我们如果假设平衡是瞬时达到的，亦就是随着温度、压力不断的变化，燃烧产物总是能在瞬刻间达到相应的平衡浓度。这种假设对反应速度十分迅速的反应来说是可以成立的，但对反应速度很慢的反应，由于需要比较长的时间才能达到平衡，相差就太大了，实际的燃烧现象大多属于较慢的化学反应，因此，这就必须研究燃烧反应速度。一般地说，表示化学反应速度的大小，主要是用浓度的变化（反应物浓度减少或生成物浓度增加）来表示。根据不同的浓度单位，有不同的表达形式：用摩尔浓度单位：kmol/m3.sVm=±dCi／dt用分子浓度单位:1/m3.sVm=±dNi／dtNi──单位容
3、积中某物质的分子数用质量浓度单位:kg/m3.sVm=±dρi／dtρi──单位容积中某物质的质量.各式中取正负号的目的在于使Vｍ恒为正值。当Ci为反应物浓度时，dCi/dt<0,则应Vm=-dCi/dt当Ci为生成物浓度时,dCi/dt>0,则应Vm=dCi/dt这是一般反应的化学反应速度表示方法,而具体到燃烧学中,燃烧反应速度是用单位时间单位容积内烧掉的燃料量或耗掉的氧气量来表示的。这是非常直观的，例如：在炉窑燃烧技术中，一般用炉瞠容积热负荷qv可以表示燃烧速度的大小,qv(KJ/m3.s)是在单位时间单位体积内烧掉些燃料所释放出来的热量。这是燃烧化学反应速度的表示方法，下
4、面简单介绍一下影响化学反应速度的因素：二影响反应速度的因素(1)浓度影响:浓度增大，分子碰撞次数增加，反应速率增大。质量作用定律:Vm=k·Cinn──反应级数,根据实验测定,它能直接反映出Vm与C的具体关系,而且对进一步研究反应机理也有用处。具体测定方法属于《物理化学》的内容。k──反应常数,由实验测出：它反映了燃料燃烧能力的大小，如k(炔)>k(烯)>k(烷)炔烃燃烧能力最大,烯烃次之,烷烃最弱。对于多种物质参加的反应：Vm；n的确定在一定温度条件下，气相化学反应速率与当时的反应物浓度的乘积成正比，如果该反应按某化学反应方程式的关系一步完成，则每种反应物浓度的方次即等于化学
5、反应方程式中的反应化学计量数。这一关系称为质量作用定律。质量作用定律亦可在气体分子运动理论的基础上利用分子之间碰撞次数的计算来论证。幂指数之和：n＝x+y+z称为反应级数。化学反应的反应级数是由试验测得的，而化学反应方程式并非代表化学反应的真正过程，所以在化学反应方程式中所表示的反应物分子数之合，并不与该反应的反应级数n相等，不过对某些化学反应来讲，由试验测得的反应级数与化学反应方程式中所表示的反应物分子数之和是相等的，但仅是巧合。一些燃料燃烧时的化学反应级数如下：煤气n＝2，轻油＝1.2～2，重油＝1，煤粉n＝1(2)压力影响:在气相得化学反应中，压力改变引起浓度变化，压力直
6、接影响化学反应速率。Ci=μi／V=pi／RT∝pi=Xi·PVm=k(pi／RT)n=k(Xi／RT)n·PnA:一定的温度和浓度条件下，一级反应速率与压力的一次方成正比；B:一定的温度和浓度条件下，二级反应速率与压力压力的二次方成正比；C:一定的温度和浓度条件下，n级反应速率与压力n-1次方成正比(3)温度影响:阿累尼乌斯定律:k=k0·exp(-E/RT)活化分子平均能量比普通分子高出的部分称为活化能大多数反应的反应速度随温度的增高而急剧地增加,K─T曲线为对k=f(T)求二阶导可得,拐点a的温度Ta=E／2RTa范围为2500～25000K这在燃烧技术上是不容易达到和超
7、过的,所以说在工程上我们所感兴趣的只是曲线上拐点以前的那段情况,拐点后的情况在一般燃烧技术上无实际意义,不予考虑。反应速度随温度增加而显著增大的情况对于非等温条件下的化学反应（例如绝热燃烧过程）具有更为重要的意义。(4)反应物性质的影响:由k=k0·exp(-E/RT)可知:反应物的物理与化学性质对反应速度都有影响,物理性质主要表现在碰撞因子k0上,化学性质主要表现在活化能E上,对不同的反应物,它的碰撞因子k0和活化能E都会有所不同。因此,就会有不同的反应速度。(5)可燃混合气的混合比例必然
