高等燃烧理论  080702M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:王增辉,刘捷
授课时间: 星期三,第9、10、11 节
授课地点: 教一楼115
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 080702M04001H 课时: 50 学分: 2.50
课程属性: 专业核心课 主讲教师:王增辉,刘捷 助教:
英文名称: Advanced Combustion Theory 召集人:

教学目的、要求

本课程系统地阐述燃烧中涉及的化学反应热力学与化学反应动力学,详细地分析以层流预混火焰和层流扩散火焰为代表的最基本燃烧现象,同时对湍流燃烧作了适当介绍,使学生掌握燃烧理论的基础知识。通过课堂学习和课后作业,从物理和化学角度深入理解燃烧过程的物理化学实质;通过燃烧研究文献阅读和读书报告撰写,学会燃烧学论文撰写方法。要求掌握经典燃烧理论,能读懂主流燃烧学期刊学术论文,为进一步的燃烧科学研究奠定基础。

预修课程

热力学;传热学;流体力学

教 材

1. Law C K. Combustion Physics. Cambridge University Press, 2006.
2. 随堂讲授课件(上传到课程网站).
3. 高等燃烧理论讲义(上传到课程网站).

主要内容

第一章 导论(1.5学时)
1.1 燃烧及其应用;
1.2 燃烧学特点及分类;
1.3 燃烧学发展简史;
1.4 燃烧研究的动机与目标;
1.5 课程内容;
第二章 化学热力学(3学时)
2.1 反应物与化学反应当量比;(0.5学时)
2.2 化学平衡;(1学时)
重点:化学平衡常数的计算、主次组分模型和平衡组分的计算。
2.3 燃烧焓与绝热燃烧温度;(1.5学时)
重点:热值的定义及混合物燃料热值的计算方法、绝热燃烧温度的计算方法。
第三章 化学反应动力学(2.5学时)
3.1 化学反应速率; (0.5学时)
重点:质量作用定律、碰撞理论。
3.2 化学反应动力学近似;(0.5学时)
重点:准稳近似和局部平衡的定义。
3.3 单分子反应机理;(0.5学时)
3.4 链式反应和链分支反应; (1学时)
 重点:直链反应和支链反应。
第四章 燃料的氧化机理(8学时)
4.1实际燃料;(0.5学时)
4.2 H2和CO氧化;(1学时)(重点)
难点:H2氧化的三个爆炸极限。
4.3 CH4氧化机理;(1学时)(重点)
4.4 C2碳氢化合物氧化;(0.5学时)
4.5 醇的氧化;(0.5学时)
4.6 高脂类化合物的高温氧化;(0.5学时)
4.7 芳香烃的氧化;(0.5学时)
4.8碳氢燃料的中低温氧化;(0.5学时)(重点)
 重点:掌握冷焰的概念及其化学反应机理。
4.9污染物生成的化学反应机理;(2学时)
重点:NOx和Soot生成机理及防治。
4.10化学反应机理的发展与简化;(1学时)(重点)
重点:掌握反应机理的系统简化方法。
第五章 控制方程(4学时)
5.1 输运现象;(0.5学时)
5.2 守恒方程;(0.5学时)
5.3 守恒标量方程;(2学时)(重点)
5.4 简化方程;(1.0学时)
第六章 扩散火焰和多相燃烧(8.0学时)
6.1 扩散火焰结构及控制方程;(0.5学时)
6.2 一维静态扩散火焰; (1.5学时)(重点)
难点:掌握扩散火焰求解的三种方法(耦合函数法\反应面法\混合分数法)。
6.3 伯克-舒曼(Burke-Schumann)火焰;(1.0学时)
6.4 史蒂芬(Stefan)流;(1.0学时)(重点)
6.5 液滴蒸发与燃烧; (2.0学时)(重点)
6.6碳颗粒(圆球)的燃烧;(1.0学时)(重点)
6.7 对型流扩散火焰;(1.0学时)
第七章 预混火焰(8.0学时)
7.1 预混火焰与扩散火焰; (1.0学时)
7.2 缓燃波与爆震波; (1.0学时)
7.3 一维层流预混火焰定性分析;(1.0学时)
7.4一维层流预混火焰详细理论分析;(2学时)(重点和难点)
7.5 层流预混火焰速度及其测量方法; (1.0学时)(重点)
7.6 影响层流预混火焰速度的因素;(1.0学时)(重点)
7.7 层流预混火焰详细结构;(1.0学时)(重点)
第八章 层流火焰动力学(3.0学时)
8.1 一般性概念;(0.5学时)
8.2描述火焰位置的场方程;(0.5学时)
8.3拉伸火焰;(1学时)
 难点:流场应变好火焰弯曲引起的拉伸火焰的分析方法。
8.4火焰锋面不稳定性;(1.0学时)(重点)
难点:层流火焰固有不稳定性的概念、火焰锋面不稳定性分析方法。
第九章 极限现象(6.0学时)
9.1几类反应系统;(1.0学时)
9.2 热着火理论;(1.0学时)(重点)
9.3均匀搅拌器中的着火与熄火;(1.0学时)(重点)
9.4预混火焰的着火与熄火;(1.0学时)
9.5 最小点火能与临界熄火距离; (1.0学时)(重点)
难点:最小点火能的概念及其影响因素。
9.6 辐射热损失与可燃极限;(1.0学时)
重点和难点:可燃极限定义及应用。
第十章 湍流燃烧(4.0学时)
10.1 湍流简介;(0.5学时)
10.2 湍流计算与模拟简介;(0.5学时)
10.3 湍流预混火焰;(2.0学时)(重点)
难点:预混火焰分区,能解释不同火焰现象在Borghi图上的位置。
10.4 湍流扩散火焰;(1.0学时)
期末考试(2学时)

教学手段与方法:课堂授课(采用多媒体教学手段,以讲授为主)
考核方式:课堂开卷考试(70%)+ 平时作业(15%)+ 读书报告(15%)

参考文献

1. Turns S R 著,姚强等翻译. 燃烧学导论: 概念与应用. 清华大学出版社, 2009
2. Turns S R. An Introduction to Combustion. 2nd Ed. McGraw Hall, 2000.
3. Kuo K K. Principles of Combustion, 2nd Ed. John Wiley, 2002.
4. Warnatz J, et al. Combustion. 4th Ed. Springer, 2006.
5. Glassman I. Combustion. 3rd Ed. Academic, 1996.
6. Peters N. Turbulent Combustion. Cambridge University Press, 2000.
7. Poinsot T, Veynante D. Theroretical & Numerical Combustion. Edwards, 2005.