西北工业大学燃烧学思考题MicrosoftOfficeWord文档自动保存的.docx
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第一章绪论
1、燃烧有哪几类分类方法,分别是什么?
(1)按化学反应传播的特性和方式:
强烈热分解,爆震,缓燃
(2)按照燃料的种类:
气体燃料燃烧,液体燃料燃烧(燃烧前雾化,蒸发,混合),固体燃料燃烧
(3)按照有无火焰:
有火焰燃烧,无火焰燃烧
(4)按照燃料和氧化剂是否预先混合以及流场形态分类:
层流预混火焰,层流扩散火焰,湍流预混火焰,湍流扩散火焰,预混-扩散复合层流火焰(煤气灶)。
2、什么叫燃烧?
燃烧的现象是什么
燃烧是指可燃物和助燃剂之间发生快速强烈的化学反应。
现象有发光,发热等。
3、燃烧学研究方法
实验分析,数值模拟,理论总结,诊断技术
第二章燃烧学的热力学与化学动力学基础1、什么叫化学恰当反应?
所有参加化学反应的反应物都按照化学方程式给定的比例进行完全燃烧的反应。
2、反应分子数和反应级数的异同。
(1)概念不同:
反应级数数是反应浓度对化学反应速率影响的总的结果,由化学动力学实验测得。
化学反应分子数是指基元反应发生反应所需要的最小分子数。
(2)用途不同:
反应级数用来区分化学反应类型,反应分子数用来解释化学反应机理。
(3)简单反应的级数常与反应式中作用无的分子数相同。
(4)化学反应级数可以是正整数,分数,零和负数。
零表示化学反应速度与浓度无关。
负数表示该反应物浓度增加化学反应速率下降。
但化学反应分子数一定是正整数。
可以有零级化学反应,但不可能有零分子反应。
3、阿累尼乌斯定律及其适用范围。
阿累尼乌斯定律是化学反应速率常数与温度的经验公式。
表达式为:
kATbe某p(Ea/RuT)
适用范围:
(1)适用于简单反应以及有有明确级数的化学反应
(2)阿累尼乌斯公式是由实验得出的,它的适用温度范围比较窄。
在低温范围内拟合的阿累尼乌斯经验公式可能完全不适用于高温情况下的实验数据。
4、分析影响化学反应的各种因素。
(1)温度
阿累尼乌斯定律,温度影响化学反应速率常数,温度升高反应速度加快。
(2)催化剂
催化剂是指能够改变化学反应速率,而本身在化学反应前后组成,数量和化学性质均没有发生变化的物质。
通过改变化学反应的活化能来改变化学反应速率。
均相催化反应:
生成中间活化络合物。
(3)活化能
活化能小化学反应速率越快。
活化能降低10kJ某mol1化学反应速率可提高50倍。
一般化学反应的活化能在40420kJ某mol1,而大多数化学反应是在
62250kJ某mol1。
(4)浓度
质量作用定律
(5)压力(质量作用定律和完全气体状态方程)以摩尔浓度表示RRiP以摩尔分数表示RRiPn1nn为反应级数。
5、何谓链式反应?
简述链式反应的机理,链式反应主要分为几个阶段,各阶段的特点。
在化学反应历程中生成的被称为链载体的低浓度自由基或自由离子反应。
链的产生,链的传播,链的终止机理
分支/传播某R+P(产物)A(反应物)开始R(链载体)销毁
P某=1直链反应,某>1分支链反应链的产生:
将稳定的反应物分子通过加热或光致分解作用生成高度活泼的中间产物。
产物生成非常缓慢
链的传播:
一个活性链载体重新组合成稳定的分子和新的活性链载体链的终止:
通过双分子的重新组合或者不同物质间的碰壁销毁。
6、链式反应的三个爆炸极限的特点。
第一爆炸极限:
压力最低。
由链分支和碰壁销毁谁占优决定第二爆炸极限:
中等压力下。
由链分支和气相销毁谁占优决定
第三爆炸极限:
大多数燃料都存在,由热损失决定。
此时热爆炸理论适用。
7、链分支爆炸与热爆炸的区别。
链分支爆炸:
感应期,爆炸期,稳定期。
是链载体迅速增殖的结果,等温下也能发生。
热爆炸:
由于温度上升使活化分子数增多。
第三章燃烧的物理基础
1、试叙述质量,热量,动量输运定律的表达形式和物理意义。
2、什么是Pr数Sc数Le数
PrScv动量输运速率比能量输运速率DTv动量输运速率比质量输运速率DDLeT能量输运速率比质量输运速率
D
3、试推导一维球坐标系下的质量守恒方程,能量守恒方程。
6、根据瑞利线的性质,试说明缓燃波和爆震波的区别。
爆震波:
压缩波
燃烧产物向着波传播的方向运动PbPu(大很多)bu(略大)缓燃波:
膨胀波
燃烧产物向着与燃烧波相反的方向运动PbPu(略小)bu(小很多)7、是验证一下C-J条件:
当Hugoniot曲线与经过初始点的瑞利线相切时,它同时也与等熵线相切,因此,上下C-J点的马赫数都是1,而与介质化学性质无关。
第四章着火理论
1、什么是着火?
着火方式有那几种?
各自特点是什么?
热着火需要满足的条件是什么?
着火是指燃料和助燃剂从无反应状态向强烈放热反应状态的过渡过程。
着火的方式:
热自燃,链式自燃,点燃(强迫点火)各自特点
热自燃:
因自发的微量反应进行热量积累,温度升高,化学反应速度加快最终形成火焰。
链式自燃:
活性中心的积累速率超过的其衰减速率,经过一段感应期后,就会使反应物着火。
点燃:
外界施加能量使混合物局部着火,然后火焰向混合物其余部分传播,使整个系统着火的过程。
热着火需要满足的条件:
充要条件:
在临界点B处生热率与散热率相等,且二者随温度的变化率也相等。
位于qT临界点B及其右方的区域内均可热自燃。
2、热自燃与强迫点火的区别?
(1)进行范围不同:
热自燃是由于反应自动加速,使燃气温度逐步提高到自燃温度引起的着火。
热自燃是在整个空间的进行。
点燃是外界施加能量使混合物局部着火,然后火焰向混合物其他部分传播。
(2)热自燃的着火温度比强迫点火低
(3)点燃是否成功取决于局部是否能着火以及火焰是否能在混合物内自行传播。
(4)影响因素不同
热自燃:
环境温度,环境压力,可燃物的性质,散热条件,容器尺寸和形状点火:
可燃物性质,温度,浓度,压力。
点燃方式,点火源,可燃物质的流动性。
3、利用放热曲线和散热曲线的位置关系,分析谢苗诺夫热自燃理论中着火的临界条件是什么?
影响热自燃着火的因素有哪些
临界条件:
散热率与放热率相同,且二者随温度的变化率相等。
影响因素:
环境温度,环境压力,可燃物的性质,散热条件,容器尺寸和形状。
4、什么是熄火影响熄火的因素有哪些
熄火是指从剧烈反应状态向无反应状态的过渡过程。
影响因素:
混气的初始温度,浓度,流速,混气性质。
熄火发生在初温较低,浓度偏离化学恰当比,流速较大的情况下。
减小初温易于熄火。
增大R(燃烧所需的时间)减小T(混气在燃烧室的停留时间)易于熄火。
提高h易于熄火。
5、根据炽热物体点火理论,炽热物体边界层的温度分布规律是什么?
第五章、气体燃料的燃烧
1、试讨论影响层流火焰传播速度的因素。
(5)可燃混气的性质:
混气的热扩散系数,活化能减小,火焰初始温度上升时火焰传播速度加大。
燃料分子结构:
碳的个数相同:
烷烃
混合比:
浓度比接近化学恰当比或者稍富油时火焰传播速度最快
混气中掺杂物:
加入惰性气体,火焰传播速度减慢,加入另一种燃料或者氧化剂时火焰传播速度加快。
。
火焰温度和初始温度:
火焰温度和初始温度提高火焰传播速度加快压力:
压力上升,火焰传播速度略有下降SuP
2、湍流预混火焰有哪三种传播模式?
小尺度湍流(23006000,ll):
大尺度弱湍流(v'SL)大尺度小湍流(v'SL)
n22(n=1.5~2)
3、与层流预混火焰相比,湍流预混火焰有什么特点?
输运能力强,湍流预混火焰的输运载体是流体微团,其能量和质量输运能力大大提高。
扩散系数,粘性系数,导热系数比层流状态大好几百倍。
火焰传播速度比层流快。
4、湍流预混火焰的传播理论都有哪些,其基本内容是什么表面皱折理论
湍流使层流火焰表面发生皱折。
湍流火焰面的基本结构仍是层流型,湍流的脉动作用在一定空间内使火焰面表面发生弯曲,皱折乃至破裂成大小不等的团块,增大了燃烧面积,从而使火焰传播速度加快。
容积理论
(1)在湍流度较高的情况下,流体被分割成无数的流体微团
(2)不存在将未燃可燃物和已燃气体分开的火焰面
(3)在每个微团存在的时间内,微团内部的温度和浓度是均匀的,但不同微团的温度和浓度时不同的。
(4)在不同的微团内存在是快慢不同的燃烧反应,达到着火条件的微团整体燃烧,未达到着火条件的微团在脉动中被加热并着火燃烧。
(5)火焰不是连续的薄层,到处都有
(6)各微团间相互渗透混合,不时形成新的微团,进行这不同程度的容积化学反应。
5、低速下火焰温度的条件是什么?
热力条件:
在火焰锥底部存在稳定,强大,连续的点火源,能持续点燃未燃混气余弦定理:
火焰前沿各处的法向火焰传播速度与可燃混气在火焰前沿法向方向的分速度相等。
6、建立回流区的方法有哪些?
钝体火焰稳定器,突扩管道
7、火焰高度与射流速度有什么关系?
在层流范围内:
火焰高度随射流速度增加而增加在过渡区内:
火焰高度随射流速度增加而减少
在湍流区内:
火焰高度稳定不随射流速度变化而变化
8、高速气流条件下火焰稳定的方法?
钝体火焰稳定器,引燃火焰稳定器,旋流射流稳定器,反吹射流稳定器,不对称射流稳定器。
第六章液体燃料的雾化,蒸发与燃烧1、什么是燃油的闪点,燃点,着火点。
扩压器减速增压
供油装置:
雾化喷油,与气流形成有利于组织燃烧的浓度场点火器:
点火
火焰稳定器:
使火焰稳定,流阻小
防振隔热屏:
前段防止振荡燃烧,后段隔热加力燃烧室筒体:
燃烧发生部位
4、阻塞比的定义是什么?
它对燃烧组织有何影响?
阻塞比等于火焰稳定器的迎风面积与加力燃烧室横截面积之比阻塞比较小时,回流区过小,火焰不易稳定阻塞比较大时,回流区增大,火焰稳定性增强。
但是过大时,流通横截面积减小,气流速度变大,不利于火焰稳定,且流动阻力大
5、常用的加力燃烧室点火方案有哪些?
预燃室点火,热射流点火,催化点火,高能电嘴点火
6、涡扇发动机中,加力燃烧室有哪些型式?
外涵加力,核心流加力,分流加力,混合加力(多)
7、涡扇加力燃烧室中为什么要采用软点火?
涡扇发动机外涵气流始终为亚音速,任何压力脉动都可能前传影响发动机,严重时引起风扇和压气机的失速,喘振,甚至引起整机振动。
8、加力燃烧室火焰稳定器有哪些类型?
V型槽火焰稳定器,沙丘火焰稳定器,气动火焰稳定器,蒸发式火焰稳定器
9、什么是加力比?
什么是加温比?
二者有何关系?
F加力比:
开加力推力和不开加力推力的比值ab
F加温比:
加力燃烧室出口平均温度和进口平均温度之比二者关系:
10、除了加力温度外,加力比还受哪些因素的影响
进口马赫数,进口马赫数增大加力比减小。
故应选用较低的流动马赫数。
飞行马赫数,飞行马赫数增加时加力比迅速增大,尤其是超音速飞行时。
11、当前加力燃烧室温度较低的主要原因是什么?
可能的解决方案是什么温度较低的原因
(1)加力燃烧室需要一定冷却空气量进行壁面冷却,限制了加力燃烧室总油气比的提高。
(2)加力燃烧室内压低,含氧量低,难实现较大空间范围内的油气均匀混合,燃烧效率降低
Tt6Tt5(3)当燃气温度超过1800k时,热离解加剧,导致燃烧效率变低解决方案:
取消冷却,在加力燃烧室中喷注氧化剂12、根据振荡燃烧的频率及强度,加力燃烧室中的振荡燃烧可以分为哪几种类型?
各有什么特点?
高频振荡(啸声振荡):
伴随着尖叫啸声
中频振荡:
振荡燃烧波有明显的周期性,压力脉动幅度较大
低频振荡(嗡鸣振荡):
发出低沉的嗡鸣声,振荡燃烧波有明显的周期性,压力脉动幅度较大
13、根据质点运动方向,加力燃烧室中振荡燃烧可以分为哪几种类型,各有什么特点
纵向振荡:
压力波沿水平方向进行周期性交替竖线表示瞬时等压面
横向振荡:
等压面一般是曲面,气体在横截面内左右脉动。
纯横向振荡,压力在壁面达到最大,在中心线处为零。
在管道另一侧,奇数阶振荡的压力波是反相的,偶数阶振荡则是同相。
径向振荡:
气体质点的脉动是沿半径方向等压面呈同心圆筒状。
管道中心处为奇数阶振荡时与壁面处的压力相位相差180°,偶数阶振荡时同相位。
14、加力燃烧室中的振荡是如何产生的?
(1)存在着激发振荡的脉动源
(2)当驱动源频率和加力燃烧室自振频率耦合时,产生共振,压力脉动增加(3)压力脉动引起加力燃烧室内物理过程和化学过程脉动
(4)当放热脉动和压力脉动耦合时,气流脉动获得能量,压力脉动幅值增加。
而压力脉动幅值增加,又使放热脉动进一步增加
(5)随着压力脉动幅值增加,压力脉动机械能的损失也加大,直到激发振荡的能量与各种耗散能量相等时,压力脉动幅值不再增加,达到饱和状态(振荡燃烧)。
15、消减振荡燃烧的常用措施?
(1)减弱原始脉动压力
(2)改善火焰稳定器设计(3)设置多阻尼装置(4)改善供油条件
第十章、先进主燃烧室技术发展1、什么是高温升燃烧室?
总油气比大于0.034的燃烧室
2、高温升燃烧室需要发展哪几个方面的技术?
(1)拓宽稳定工作范围
(2)高功率状态下的排气冒烟(3)低功率状态下的稳定燃烧(4)出口温度分布系数难调整(5)更高的冷却要求
(6)参与燃烧气量和冷却气量之间的平衡
3、高温升燃烧室燃烧组织技术目前从哪几个方面考虑?
分级分区,多旋流和复合雾化,非常规
4、当前发展的高温升燃烧室有哪些型式?
驻涡燃烧室,超紧凑燃烧室,UCC燃烧室
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