高等燃烧学
基本信息作者：
岑可法等著
出 版 社：浙江大学出版社
出版时间：2002-12-1版次：1页数：758字数：1273000 印刷时间：2003-12-1开本：纸张：胶版纸 印次：I S B N：9787308026291包装：平装
内容简介内容简介 燃烧是能源利用的一种主要形式。随着经济的发展，对于能源的需求日益加剧。但大量燃烧导致能源利用过程中存在严重的环境问题，因而对燃料的洁净燃烧技术提出了新的、更高的要求。近年来，正是这种需求极大地推动了燃烧科学的发展，使燃烧领域的新成果、新技术不断涌现。浙江大学工程热物理学科是我国进行燃烧理论与技术研究和开发的重要基地，特别是近些年来，在煤与生物质的循环流化床燃烧、煤浆燃烧理论与技术、煤粉燃烧理论与技术、燃烧过程数值计算、煤的催化燃烧理论和应用、燃烧过程非线性理论研究等方面进行了大量的、深入的研究，承担了国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”诸多重大攻关项目，国家自然科学基金项目，国家攀登计划项目等一系列研究，并取得多项具有国际先进水平的研究成果。本书是作者多年来在这一领域研究成果和心得的总结，书中很多材料来自于国内外近期公布及发表的科学研究成果和论文。
目录第1章 导论及化学动力学基础 16
1.1燃烧科学的发展、应用和研究方法 16
1.1.1燃烧科学的发展简史 16
1.1.2燃烧科学的应用 17
1.1.3燃烧科学的研究方法 19
1.2本书研究的主要内容 19
1.3化学反应速度 20
1.3.1基本定义 20
1.3.2质量作用定律 22
1.3.3反应级数 23
1.3.4一级反应 24
1.3.5二级反应 25
1.3.6复杂反应 26
1.4各种参数对化学反应速度的影响 29
1.4.1温度对化学反应速度的影响——阿累尼乌斯定律 29
1.4.2压力对反应速度的影响 30
1.4.3在等温等压条件下,反应物浓度对反应速度的影响 32
1.5反应速度理论 33
1.6链锁反应 36
1.6.1基本理论 36
1.6.2不分支链锁反应——氯和氢的结合 37
1.6.3分支链锁反应——氢和氧的化合 40
1.6.4链锁反应速度与时间的关系,链锁着火 42
1.6.5链锁着火的界限 44
第2章 燃料的着火理论 47
2.1燃烧过程的热力爆燃理论 47
2.1.1谢苗诺夫(Semenov,N.N.)的可燃气体混合物的热力爆燃理论 48
2.1.2爆燃感应期 54
2.1.3弗朗克-卡门涅茨基(Frank-Kamenetskii,D.A.)失稳分析法 55
2.1.4热力爆燃理论的最新发展 57
2.2链锁爆燃理论 62
2.2.1链锁分支反应的发展条件(链锁爆燃条件) 63
2.2.2不同温度时,分支链锁反应速度随时间的变化 64
2.2.3感应期的确定 66
2.2.4着火半岛现象 66
2.3热力着火的自燃范围和感应周期 68
2.3.1热力着火的自燃范围 68
2.3.2各种参数对着火温度的影响 70
2.4强迫着火的基本概念 72
2.4.1实现强迫着火的条件 72
2.4.2强迫着火的热理论 73
2.4.3各种点燃方法的分析 76
2.5朗威尔(Longwell)反应器理论 83
第3章 火焰传播与稳定的理论 85
3.1火焰传播的基本方式——正常火焰传播与爆然 85
3.2可燃气体的火焰正常传播 88
3.3火焰正常传播的理论 91
3.3.1用于简化近似分析的热理论 91
3.3.2捷尔道维奇等的分区近似解法 94
3.3.3火焰传播的精确解法 95
3.3.4Tanford等的扩散理论 97
3.3.5层流火焰问题的数值求解方法 99
3.4火焰正常传播速度 100
3.4.1影响火焰正常传播速度的主要因素 100
3.4.2火焰传播界限 106
3.4.3火焰正常传播速度的测量 107
3.5可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 111
3.5.1概述 111
3.5.2化学均匀可燃气体混合物的动力燃烧 112
3.5.3可燃气体的扩散燃烧 115
3.6火焰稳定的基本原理和方法 117
3.6.1火焰稳定的几个特征 118
3.6.2火焰的回火和吹熄的临界条件 119
3.6.3钝体后回流区火焰稳定原理 121
3.6.4火焰稳定的基本方法 123
第4章 湍流燃烧理论及模型 129
4.1湍流燃烧及其特点 129
4.2湍流气流中火焰传播的表面燃烧模型 131
4.3湍流气流中火焰传播的容积燃烧模型 134
4.3.1湍流扩散 134
4.3.2湍流容积燃烧模型计算 135
4.3.3决定湍流燃烧速度的试验结果 138
4.3.4火焰自湍化理论初步 139
4.4湍流燃烧的时均反应速度和混合分数 140
4.4.1时均反应速度 140
4.4.2简单化学反应系统 143
4.4.3守恒量和混合分数 143
4.4.4守恒量之间的线性关系 145
4.5湍流扩散火焰的k-ε-g模型 146
4.6湍流预混火焰模型 151
4.6.1旋涡破碎模型 151
4.6.2拉切滑模型 154
4.7几率密度函数的输运方程模型 157
4.8Spalding的ESCIMO湍流燃烧理论 158
4.8.1概述 159
4.8.2“经历”理论 160
4.8.3“统计”理论 161
4.8.4分析湍流射流扩散火焰的ESCIMO理论 163
第5章 液体燃料的燃烧 169
5.1液体燃料的特性 169
5.1.1石油中的碳氢化合物和胶状沥青物质 169
5.1.2石油的元素组成 170
5.1.3石油的炼制 171
5.1.4燃油的主要技术特点 172
5.2重油燃烧的基本过程 176
5.2.1重油燃烧的特点 176
5.2.2影响重油燃烧的各种因素 177
5.3油滴在静止气流中的蒸发 184
5.3.1液滴的低温蒸发ˉ[4] 185
5.3.2斯蒂芬(Stefan)流ˉ[8,9] 185
5.3.3燃料滴温度及蒸发浓度的决定 187
5.3.4燃料滴蒸发过程中传热传质系数的决定 189
5.3.5油滴蒸发所需时间 190
5.4油滴在气流作用下的蒸发 191
5.4.1折算薄膜理论 191
5.4.2液滴不稳定蒸发的数值计算 195
5.5油滴在静止气流中的扩散燃烧 196
5.5.1火焰面处T_g的决定 198
5.5.2燃烧火焰面半径r_c的决定 199
5.6油滴在气流作用下的扩散燃烧 203
5.6.1折算薄膜理论 203
5.6.2液滴扩散燃烧的实验研究和非稳态研究 207
5.6.3运动中的液体燃料滴的着火与燃烧 209
5.7液体燃料的雾化理论 211
5.7.1喷嘴的形式和特性 211
5.7.2雾化的基本理论 213
5.7.3雾化炬的特性 218
5.8油雾火炬的燃烧过程 223
5.8.1燃油火炬燃烧过程描述及组织 223
5.8.2液雾燃烧的统计方法 229
5.8.3液雾燃烧的模型方法 233
5.9浆体燃料的燃烧 241
5.9.1浆体燃料的种类 242
5.9.2浆体燃料的性质 243
5.9.3浆体燃料单滴的着火燃烧及模型 246
5.9.4水煤浆雾炬燃烧特性与模型 248
第6章 煤的热解及挥发分的燃烧 256
6.1煤的组成与特性 256
6.1.1煤岩学 257
6.1.2煤化学 259
6.1.3煤结构与热解反应的关系 261
6.1.4物理因素 262
6.2煤的热解 264
6.2.1概述 264
6.2.2温度的影响 267
6.2.3加热速率的影响 267
6.2.4压力的影响 269
6.2.5颗粒粒度的影响 270
6.2.6煤种的影响 270
6.2.7气氛的影响 271
6.3热解产物的组成 271
6.3.1概述 271
6.3.2温度的影响 272
6.3.3加热速率的影响 273
6.3.4压力的影响 274
6.3.5颗粒粒度的影响 274
6.3.6煤种的影响 275
6.3.7气氛的影响 275
6.4煤热解反应动力学模型 275
6.4.1单方程模型 276
6.4.2双方程模型 276
6.4.3多方程热解模型 277
6.4.4热解产物的组分模型 279
6.4.5机理性模型 280
6.4.6考虑二次反应的竞争反应模型 282
6.4.7热解通用模型 283
6.4.8考虑非动力学控制因素的热解模型 285
6.5热解产物的燃烧 286
6.5.1概述 286
6.5.2局部平衡法 286
6.5.3总体反应方法 287
6.5.4完全反应方法 288
第7章 煤的着火理论 292
7.1煤的加热和着火 292
7.1.1煤在着火前的加热 292
7.1.2煤的着火及其判据 296
7.2煤着火的试验研究方法 299
7.2.1着火试验类型 299
7.2.2煤着火试验装置的发展及评述 299
7.2.3典型的煤着火试验研究方法介绍 303
7.3煤的着火模式 314
7.3.1均相着火模型 315
7.3.2多相着火模型 318
7.3.3均相-多相联合着火模型 318
7.3.4傅维标等的煤焦着火通用规律 319
7.4煤粒的多相着火及其影响因素分析 322
7.4.1谢苗诺夫热力着火理论用于碳粒着火的分析 322
7.4.2影响煤粒着火的因素分析 326
7.5单颗煤粒着火的计算 332
7.5.1傅维标等分析煤粒非均相着火的方法 334
7.5.2大颗粒煤的着火分析计算 337
7.5.3考虑挥发分燃烧的单颗煤粒的均相着火计算 338
7.5.4单颗煤粒着火的随机模型计算 341
7.6煤粉空气混合物的着火 344
7.6.1引言 344
7.6.2煤粉气流的热力着火分析 348
7.6.3影响煤粉气流着火的因素的研究 353
7.6.4煤粉气流着火方式 357
7.7煤粉着火的非稳态模型 360
7.7.1基于有限控制体假定的煤粉着火非稳态统一模型 360
7.7.2以群体燃烧为依据的着火非稳态数学模型 364
第8章 煤的燃烧理论(碳及煤焦的燃烧) 369
8.1煤燃烧涉及的物理化学过程 369
8.1.1煤焦反应的控制区及煤燃烧的速率 370
8.1.2碳的形态与结构 372
8.1.3焦炭燃烧过程中的吸附 373
8.1.4焦炭燃烧过程中的扩散 377
8.1.5先生成一氧化碳还是直接生成二氧化碳 378
8.2碳的动力扩散燃烧特点及燃烧化学反应 381
8.2.1碳的动力扩散燃烧特点 381
8.2.2碳的燃烧化学反应 385
8.3碳球的燃烧速度 394
8.3.1温度较低或颗粒很小可略去空间气相反应的情况 395
8.3.2碳球在高温下的扩散燃烧 398
8.4考虑二次反应的碳球燃烧 400
8.4.1考虑二次反应作用的碳球燃烧模型 400
8.4.2有CO空间反应时碳球燃烧速率的计算 403
8.4.3强迫对流条件下碳粒燃烧速率的分析方法 404
8.5多孔性碳球的燃烧 407
8.5.1内部反应对碳粒燃烧的影响 407
8.5.2总的表观反应速度常数 410
8.5.3内扩散动力学 412
8.6各种因素对煤焦燃烧的影响 419
8.6.1煤中挥发物析出对燃烧的影响 419
8.6.2灰分对煤燃烧的影响 422
8.6.3其他因素对煤焦燃烧的影响 429
第9章 煤粉燃烧的数学模型 432
9.1燃烧过程模化的一般研究 432
9.2单颗煤粒经历模型 435
9.2.1煤粒的加热 436
9.2.2水分蒸发模型 437
9.2.3挥发分析出模型 437
9.2.4焦炭的非均相反应模型 440
9.2.5煤粒在燃烧室中的其他经历模型 441
9.3煤燃烧过程中流动、气相反应过程及其模型 442
9.3.1基本方程 442
9.3.2湍流模型 443
9.3.3气相燃烧 447
9.4煤粉燃烧时炉内传热的模型及计算 450
9.4.1燃烧室的热辐射 450
9.4.2辐射传热的模型 451
9.4.3实际煤火焰辐射传热模拟结果及分析 453
9.5煤粉颗粒扩散及两相流模型 468
9.5.1描述两相流动的基本方法 468
9.5.2稀相流动的基本分析 469
9.5.3颗粒在气流中的受力分析 470
9.5.4颗粒的湍流扩散 472
9.6数值求解方法 475
9.6.1离散化方法 475
9.6.2差分方程建立的方法 480
9.6.3交错网格系统 483
9.6.4差分方程的求解 486
9.6.5煤粉火焰综合求解及示例 490
第10章 燃烧过程中硫的反应动力学及燃烧的固硫机理 499
10.1硫在燃料中的存在形态 499
10.1.1气体燃料 499
10.1.2液体燃料 500
10.1.3硫在煤中的存在形态 500
10.1.4煤破碎过程中硫分的偏析 502
10.2燃料过程中硫析出量的计算 502
10.2.1SO_2析出的计算公式 502
10.2.2煤燃烧过程中SO_2析出的动态特性 503
10.2.3煤的自身固硫 506
10.3有机硫在高温条件下热解的反应动力学 508
10.3.1有机硫在高温中的热解 508
10.3.2单颗煤粒有机硫热解的反应动力学 509
10.4无机硫在高温条件下的热解反应动力学 512
10.4.1无机硫在高温中的热解 512
10.4.2黄铁矿燃烧反应的数学模型 516
10.4.3燃烧过程中碳酸盐类矿物质在高温中的分解 520
10.5SO_3生成的反应动力学 521
10.5.1S0_3的生成及影响其生成的诸因素 521
10.5.2S0_3生成的反应动力学 522
10.6H_2S的生成 524
10.6.1H_2S形成的条件 524
10.6.2空气不足使煤中硫或已反应成的S0_2、S0_3转化成H_2S 524
10.6.3炉内局部空气过量系数是影响H_2S生成的主要因素 525
10.6.4H_2S在壁面附近形成机理 526
10.7石灰石缎烧过程的反应动力学 526
10.7.1石灰石的锻烧过程 526
10.7.2石灰石在流化床内的锻烧过程 526
10.7.3石灰石锻烧的等温动力学 528
10.7.4石灰石锻烧的不等温动力学 529
10.8煅烧石灰石的孔隙结构模型 530
10.8.1石灰石锻烧时孔隙结构的变化 530
10.8.2石灰石的锻烧模型 532
10.8.3锻烧石灰石的孔隙结构模型 533
10.8.4锻烧石灰石颗粒内的气体扩散及逾渗理论的应用 538
10.9石灰石固硫机理 542
10.9.1石灰石的固硫反应 542
10.9.2石灰石脱硫反应动力学 544
10.9.3石灰石固硫过程中微观结构的变化 546
10.10锻烧石灰石的硫盐化模型 548
10.10.1单颗粒脱硫剂反应模型 548
10.10.2反应器模型 555
10.11采用固硫剂脱硫的工业应用原理 557
10.11.1脱硫剂的种类 557
10.11.2最佳的石灰石脱硫温度 558
10.11.3Ca/S比的影响 561
10.11.4最佳的脱硫剂粒度 562
10.11.5富氧和缺氧条件下的脱硫 563
10.11.6烟气喷水活化的影响 564
10.11.7煤中含硫量的影响 567
10.11.8燃烧脱硫对NO_x排放的影响 567
10.11.9矿物质对钙基吸收剂的影响 569
第11章 燃烧过程中氮氧化物的生成及分解的机理 570
11.1燃烧过程中氮氧化物的生成及危害 570
11.1.1氮氧化物的危害 570
11.1.2各种燃烧方式的NO_x排放量 571
11.1.3NO_x均相反应的动力学参数 572
11.1.4NO_x生成的机理 578
11.2热力NO_x的生成 578
11.2.1热力NO_x的生成机理 578
11.2.2影响热力NO_x生成的诸因素 580
11.3快速NO_x的生成 582
11.3.1快速NO_x生成机理 582
11.3.2影响快速NO_x生成的几个因素 583
11.4燃料型NO_x的生成 586
11.4.1燃料型NO_x的生成途径 586
11.4.2温度对燃料NO_x生成的影响 587
11.4.3氧浓度对燃料NO_x生成的影响 588
11.4.4燃料性质的影响 589
11.4.5流化床锅炉床料中金属氧化物的作用 593
11.4.6水分的影响 593
11.4.7燃料氮转化为NO_x的化学动力学 594
11.5气体燃料燃烧时NO_x的生成 595
11.6液体燃料燃烧时NO_x的生成 597
11.6.1喷雾燃烧时NO_x的生成 597
11.6.2预蒸发、预混合火焰的NO_x生成 599
11.7煤燃烧时NO_x生成机理 599
11.7.1挥发分NO_x 600
11.7.2焦炭NO_x 601
11.7.3煤粉炉内燃烧时NO_x的生成 602
11.7.4流化床燃烧时NO_x的析出 605
11.7.5燃煤锅炉炉内NO_x生成量的预测 607
11.8燃烧过程中N_2O的生成 610
11.8.1N_20的危害 610
11.8.2N_20均相生成及分解机理 611
11.8.3N_20多相生成及分解机理 615
11.9降低NO_x排放的措施 618
11.9.1空气分级降低NO_x排放 618
11.9.2燃料分级降低NO_x排放 619
11.9.3低氧燃烧降低NO_x排放 621
11.9.4烟气再循环降低NO_x排放 621
11.9.5浓淡偏差燃烧 622
11.9.6烟气脱硝 622
11.10燃烧过程中降低N_2O的方法 624
11.10.1改变运行温度 624
11.10.2低氧燃烧 624
11.10.3再燃烧法 624
11.10.4催化反应降低N_2O 625
第12章 燃烧过程中碳黑形成机理 626
12.1燃烧过程中碳黑形成的类型及性质 626
12.1.1气相析出型碳黑 626
12.1.2剩余型碳黑 627
12.1.3雪片 627
12.1.4积碳 627
12.1.5碳黑的特性 628
12.1.6碳黑的危害 632
12.2气体燃料燃烧时碳黑的生成 632
12.2.1预混合火焰中碳黑的生成机理 632
12.2.2预混火焰中碳黑生成的影响因素 635
12.2.3扩散型火焰中碳黑的生成机理 637
12.2.4降低碳黑排放的措施 638
12.3油燃烧时碳黑的生成 639
12.3.1油燃烧时碳黑的生成机理 639
12.3.2液体燃料燃烧时碳黑生成的影响因素 643
12.3.3液体燃料燃烧时碳黑排放量的控制 646
12.4煤燃烧时碳黑的生成 648
12.5碳黑生成的数学模型 649
12.5.1碳黑生成的机理性模型 649
12.5.2碳黑生成的综合模型 650
第13章 催化燃烧原理 654
13.1催化燃烧及其作用原理 654
13.1.1催化作用原理 654
13.1.2催化剂的作用本质 658
13.2燃烧催化剂的要求 660
13.2.1催化剂的组成 660
13.2.2催化剂的性能指标 661
13.2.3催化剂的制备方法 664
13.2.4催化剂的失活 666
13.3燃烧催化作用机理 673
13.3.1催化作用的化学本质 673
13.3.2催化理论 673
13.3.3多相催化反应的物理化学过程 674
13.3.4表面化学反应速度和动力学方程 675
13.3.5燃烧催化剂表面化学反应的宏观动力学方程 677
13.3.6内外扩散对催化表面化学反应速度的影响 678
13.4气体和液体燃料催化燃烧机理 678
13.4.1气体燃料催化燃烧的分类 679
13.4.2高温催化燃烧控制NO_x生成 684
13.4.3催化燃烧法治理有机废气 691
13.4.4液体燃料催化燃烧机理 694
13.5煤的催化燃烧原理 696
13.5.1各种添加剂对煤着火的影响 696
13.5.2各种其他影响因素对煤催化着火燃烧的影响 705
13.5.3煤的催化燃烧机理 710
第14章 非线性理论在燃烧领域中的应用 716
14.1混沌理论在燃烧领域中的应用 716
14.1.1混沌理论的原理 716
14.1.2混沌理论的应用 718
14.1.3混沌理论在燃烧及传热过程中的应用 721
14.2分形理论在燃烧过程中的应用 725
14.2.1分形理论的概念 725
14.2.2分形理论在燃烧过程中的应用现状及前景 726
14.3逾渗理论在燃烧过程中的研究 729
14.3.1逾渗理论的原理及其在燃烧中的应用前景 729
14-3.2逾渗理论在燃烧及脱硫中的应用情况 729
14.4小波分析在燃烧传热中的应用 731
14.4.1小波分析的原理 731
14.4.2小波分析在气固多相流传热中的应用 732
14.5神经网络理论在燃烧过程中的应用 734
14.5.1神经网络理论的原理 735
14.5.2当前神经网络的算法 736
14.5.3神经网络理论在燃烧及传热中的应用 739