反应系统的化学与热分析耦合

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1、燃烧理论姚强李水清清华大学热能工程系（DepartmentofThermalEngineering)热能动力工程与热科学重点实验室(KeylaboratoryofthermalscienceandpowerEngineering)煤清洁燃烧国家工程研究中心(NERC-CCC)2009.4.12燃烧学导论：概念与应用（第2版）StphenTurns译者：姚强李水清王宇ISBN：9787302187622定价：65元印次：1-1装帧：平装印刷日期：2009-3-26反应系统的化学与热分析耦合2007.4.16化学：热学：内容概述定压、定质量反应器定容、定质量反应器全混流反

2、应器(均匀搅拌)柱塞流反应器（塞状流）在燃烧系统模型中的应用小结(1)概述第二章:反应系统的热力学，只考虑了初始和最终的状态。绝热火焰温度的概念来自于反应物的初始状态和产物的最终组成，由平衡来确定。确定绝热火焰温度不需要化学反应速率的知识任何实际系统存在着从初始的反应物状态到最终的产物的状态的详细演变过程，不管是处于化学平衡或未处于化学平衡。(想个例子)对几种典型的原型热力学系统建立第四章所述的化学动力学和基本守恒方程(能量)的联立求解。Prototypicalsystem联立求解目的：计算系统在从反应物向生成物变化过程时系统的温度和不同组分浓度随时间的变化。本章分析

3、尽可能地简单，不引入质量扩散的复杂性。化学反应生成率——单位体积内单位时间物质的量变化[Xi]对应化学动力学;Yi对应于包含流动、扩散等项的守恒方程物料进入瞬间即与原有物料完全混合出口开口体系闭口体系为什么采用简化反应器的研究方法？有利于对基本的燃烧现象开展时间尺度的理论分析——实验研究、数值模拟和理论分析区别稳定燃烧不稳定燃烧1.燃烧的不稳定性现象——全混流反应器COMBUSTIONANDFLAME128:217–231(2002)全混流模型进行分析MIT,Ghoniem教授Yamamoto,NALJ2.煤粉燃烧的标准化研究——基于柱塞流反应器原型的拓展3.粉煤燃烧

4、一维炉(Sandia、BYU、Utah和清华)2.CoalHenckenBurner国内熊刚博士开始开展1.Flatflame(gas)热力学第一定律的应用。考虑反应物在含有活塞的汽缸中以相同的速度反应。系统中不考虑温度和组分在空间上的梯度，用一单个的温度和单一组分的浓度来描述系统的演变。（此时考虑不考虑扩散？）对于放热的燃烧反应，温度和体积都随时间增加，在反应器的壁面上可以存在传热。(2)定压,定质量反应器在下面，我们将导出一个一阶常微分方程组，其解就描述了要求的温度和组分的演化过程。首先写出一个定质量的能量守恒方程的速度形式，有：应用焓的定义，hu+Pv,并微分

5、有假设对外的作功只在柱塞上的P-dv，定压的条件所导致将方程6.2和6.3代入到方程6.1中，Pdv/dt项消去，有系统的焓可以用系统的化学组成来表示式中Ni和hi分别是组分i的摩尔数和摩尔焓。对方程6.5微分有假设是理想气体，即，哪一项是化学反应引起的变化；那一相是显焓变化？式中，值从第四章所述的详细化学动力学来计算。将方程6.7-6.9代入到方程6.6,能量守恒的方程(方程6.4)在重新排列后变为，没有任何疑问？V一定时V变化时反证法多步反应机制中每个组分化学反应的净产生率:的化学动力学普遍表达式——第四章知识点j组分在i个反应中例子4.3前面提及到，大气中的氮形

6、成氮氧化物的著名的链式反应机理是Zeldovich,或热力机理试写出(体积V一定时）式中，我们采用下面的状态热量方程来计算焓值：从而得到一个所希望的关于系统温度的方程：应用质量守恒和方程６.8中[Xi]的定义式，我们可以获得体积V的信息:由于化学反应和体积变化，组分的摩尔浓度[Xi],随时间变化，？或式中右手边第一项是化学反应的产生项，第二项是由于体积变化的项。关于组分变化的N个方程：用理想气体定律可以略去dV/dt项。并进行微分对于定压的情况，重新排列后有：试推导一下！将方程6.9代入方程6.14b并将产生的结果代入到方程6.13b,重新排列后重到组分摩尔浓度变化速

7、度的最终表达式:反应器模型的小结简洁地表示，问题是求下面方程的解：初始条件为:及Break!CombustionNewsThe33thInternationalSymposiumonCombustion,August1-6,2010,TsinghuaUniversity,BeijingStephenTse,Rutgers(3-4月访问)LutzMadler,Bremen(oneweekvisit)PratsinisLawWilliamsFriedlander(4)定容、定质量反应器守恒定律的应用定容反应器的能量守恒方程的应用与定压反应器很相近，主要的