燃烧与燃烧室

《燃烧学基础》复习题 为什么说能源与环境问题和燃烧学密切相关？ 试写出两个以上国际知名燃烧学者的名字。 煤油和氢气的理论空气量各为多少？ 某燃料由C、H两种元素组成，则其含H量越高，理论空气量 。 一般燃料的理论燃烧温度(空气)大约为多少？ 何为油/气比？何为当量比？何为余气系数？相互之间关系如何？若以RP-3燃料为例，当燃料与空气按化学恰当混合时，各自的值是多少？ 影响燃料的理论燃烧温度的因素有哪些？ 不考虑离解时所计算的燃烧温度比理论燃烧温度高还是低？二者相差大约多少？ 定压燃烧与定容燃烧的理论燃烧温度谁高？大约相差多少？ 一般碳氢燃料化学恰当比下定容燃烧所造成的压力上升大约为多少？ 用空气作助燃剂和用纯氧作助燃剂的理论燃烧温度谁高？大约相差多少？ 理论上，当量比 时，燃料的绝热火焰温度Tf达到最大值。而实际上Tf最大值出现在当量比 时。 热力学第二定律对分析燃烧反应有何帮助？ 燃烧热力学和化学动力学各关心什么问题？ 影响燃烧反应速度的因素有哪些？ 判断燃烧反应是否达到化学平衡的判据是什么？ 何谓燃烧反应机理？如何用反应机理来预估燃烧反应级数？ 用实验方法测定燃烧反应级数对分析燃烧反应机理有何帮助？ 某基元反应方程式为 ，其反应速率常数为k，根据质量作用定律，其反应速度方程可写成W= ，该反应的级数为 。 一般碳氢燃料的燃烧反应级数约为 。 既然目前认为，氢氧燃烧为链反应，为何氢氧系统在不同压力和温度下具有不同的爆炸特性？ 何为Arrhenius公式？若用一条直线来示，则横坐标与纵坐标分别是什么？ 何谓活化能？其物理意义是什么？ 在温度改变时，反应A 与反应B相比，反应速度改变较少，则反应A的活化能EA与反应B的活化能EB大小关系 。 燃烧反应速度、火焰传播速度有何不同？ 一般碳氢燃料的层流火焰传播速度多大？ 氢气的层流火焰传播速度多大？ 用广义雷诺比拟分析二维平板边界层有何特色？ 如何推导二维平板边界层流动的控制方程组？ 何为水面蒸发时的斯蒂芬流现象？ 何为DI数？何为DII数？各自的物理意义是什么？ 在燃烧物理学中有四种守恒方程，即：总质量守恒、 、 及组份守恒方程。 什么叫扩散燃烧？它与动力燃烧有何不同？ 当余气系数 于1时，本生灯火焰将形成内、外锥。 扩散火焰焰锋处余气系数 于1。 层流火焰焰锋厚度越大，表明其火焰传播速度越 。 层流火焰高度随 增加而增加；湍流火焰高度则随 增加而增加。 其他条件相同时，层流火焰的最大高度比湍流火焰要 。 如何用守恒方程组近似求解出圆形射流层流扩散火焰的焰锋形状及火焰长度？ 如何推导轴对称圆形自由射流的控制方程组？ 如何用守恒方程组近似求解出层流火焰传播速度？ 影响层流火焰传播速度的因素有哪些？试举出3个以上因素，并说明其影响规律。 混合气初温降低时，火焰传播速度将 。 测量层流火焰传播速度的方法有哪些？其原理是什么(至少举2例)？ 湍流火焰传播速度与层流火焰传播速度相比谁大？为什么？ 燃烧模式有哪几种？各有何特点？日常生活中常见的是哪种模式？ 若环境压力升高，而其他条件不变，则可燃混气的着火温度 。 若环境压力升高，而其他条件不变，则电火花点火的最小点火能量 ；若环境温度升高，而其他条件不变，则电火花点火的最小点火能量 。 若某燃烧装置在流速V及初温T下着火，则其熄火时的V及T有何变化？ 试绘图分析着火、熄火的临界条件，并分析各自的差异？ 试绘图分析实际采用的各种熄火措施的熄火原理。 什么叫熄火距离？它有什么实际意义？ 如何列出控制方程并求解出熄火距离？ 什么叫旋流数？其物理意义是什么？ 试举出两种以上的产生旋流的方式。 什么叫强旋流？什么叫弱旋流？如何分类？有何物理特征？ 当其他条件相同时，随着旋流数的增加，火焰长度将 。 油珠燃烧过程是先 后 。 如何推导单滴燃料燃烧的控制方程组？ 随着油珠的蒸发燃烧，油珠直径逐渐变小，若其周围条件不变，则油珠直径随时间变化规律应满足 。 单颗油珠在定常环境中的蒸发量随时间的变化而变化吗？变大还是变小？ 若油珠的蒸发潜热增加，则其外部火焰位置离油珠表面越 。 若油珠的热值增加，则其外部火焰位置离油珠表面越 。 什么叫Sauter平均直径？为什么燃烧学者常使用它？ 什么叫MMD？ 衡量液雾尺寸分布的函数主要有哪几种？各自的定义是什么？相互之间有什么关系？ 什么叫We数？其物理意义是什么？单滴破碎的临界We数大约是多少？ 什么是Oh数？其物理意义是什么？ 试举出3种以上的液体雾化方法。 一般碳氢燃料的可燃边界大约多大？ 当环境压力、温度及燃料流速增加时，燃料的可燃边界拓宽还是缩小？ 为什么预混可燃气在空气中燃烧时，用U~Φ表示的回火特性与脱火特性不同？ 哪些办法可以防止回火？ 火焰稳定的基本条件是什么？试分析本生灯稳定、钝体稳定、旋流稳定都是怎样满足该条件的？ 试举出3种以上在高速气流中稳定火焰的方法。 钝体稳定器特征尺寸越大，则吹熄速度越 。而压力越高，则吹熄速度越 。 航空发动机燃烧室排放的狭义污染物有哪些？ 为什么说航空发动机燃烧室排放的CO2和水蒸汽也是一种污染物？ 为什么说在一般燃烧室中CO与NOx的生成规律是相互矛盾的？ 目前发现的NOx生成机理有哪些？ 描述流体的输运过程时，其动量、 、 的输运分别满足 、Fourier导热定律以及Fick扩散定律，且分别采用物性参数动力粘性系数ν、 、 来衡量流体动量、能量及质量输运过程的快慢，这些物性参数的量纲均为 。 某仓库用钢瓶存放纯甲烷气体，突然发现其中一瓶出现泄漏问题，且一时间难以解决，只能靠开窗通风的办法来避免火灾危险。若已知泄漏量为1g/min，甲烷与空气混合物的可燃边界（当量比）为0.53，每开一扇窗户相当于以扩散方式向车间输送新鲜空气10g/min。问：至少要开几扇窗户才能避免起码在常温常压下发生火灾？ 热力学计算 当量比为0.8的CO与空气在1atm、298K下混合后燃烧，计算其火焰温度（不计离解）。 已知：空气中O2及N2的质量百分比分别为23.2%及76.8%，或体积比分别为21%及79%；CO、CO2的标准生成焓分别为-110.53及-393.52KJ/gmol，并设燃烧产物中CO2、O2、及N2的比热为常数，分别为56.21、33.71及33.71J/gmol-K。 解：反应方程：CO+0.5O2=CO2，设CO为1Kg（折合摩尔数1/28kmol），则完全燃烧需空气16/28/0.232=2.463Kg。 设反应前CO摩尔数为0.8，则实际反应方程为： 0.8CO+0.5（O2+3.76N2 ）=0.8CO2+0.1O2+1.88N2, 燃烧前反应物的总焓为：-110.53*0.8 MJ 设火焰温度为T，则产物的总焓为：（设O2与N2的比热相等） 0.8*（-393.52+0.05621*（T-298））+0.1*0.03371*（T-298）+1.88*0.03371*（T-298）MJ 由二者相等，得T= 2324K 动力学公式推导 对于NOx的生成，Zeldovich提出如下（热）机理： N2 + O → NO + N (k1) N + O2 → NO + O (k2) 其中右边括号内分别为各基元反应的反应速率常数。由于第二个反应比第一个快得多, 认为可用稳态假设来估算N原子浓度。另外，认为O2分解成O原子的反应处于平衡状态，即： O2 ⇌ 2O (Kp) 右边括号内为平衡常数，可用来估算O原子浓度。 如果把上述机理叠加成为总体反应： N2 + O2 → 2NO (kG) 且模仿质量作用定律将其反应速率写成 d[NO]/dt = kG[N2]m[O2]n ,其中[N2]、[O2]分别表示N2 及 O2的浓度，请根据上述反应机理确定各常数 kG、 m及 n。 解：根据基元反应，有 d[NO]/dt = k1[N2][O] + k2[N][O2] d[N]/dt = k1[N2][O] – k2[N][O2] 根据稳态近似,有 d[N]/dt = 0; 因此, [N] = k1[N2][O]/k2[O2] 2）根据O及O2化学平衡假设，有 Kp = (PO/P0)2/(PO2/P0) = [O]2RuT/[O2]P0 因此, [O] = {[O2]KpP0/RuT}0.5, 代入反应速率表达式,得： d[NO]/dt = 2 k1 (KpP0/RuT)0.5[N2][O2]0.5 . 与题中表达式对比，可得: kG = 2 k1 (KpP0/RuT)0.5 m = 1 n = 0.5 火焰传播速度计算 预混可燃气经阀门控制后流入喷口直径10mm、长度1m的本生灯，并在管外点火稳定燃烧，形成规则的锥形火焰。若测得喷口处流动速度0.8m/s，火焰锥顶角60度，问：如果突然把阀门关闭，火焰从喷口往回燃烧一直到熄灭大约需要多少时间？（不考虑爆震燃烧，假定火焰锋面在管内为垂直于管壁的平面） 解： 火焰传播速度S=0.8*sin30=0.4m/s t=L/S=1/0.4=2.5秒 单滴蒸发及燃烧计算 把直径为D的单个油珠放在温度500K的静止空气内稳定蒸发，其蒸发常数为0.1mm2/s，2.1秒钟后点火燃烧，由于火焰高温影响，燃烧常数成为1 mm2/s，再经5秒钟后油珠燃烧完毕。求初始直径D。 解：根据d2= d02 -Kct，可得燃烧前的油珠直径为：d02= Kct=5 mm2，即d0=2.236mm。 再确定蒸发前的油珠初始直径为： D2= d02 +Kt=5+0.21=5.21，即D=2.28mm。 尺寸分布计算 实验测得某液雾的CNF（累计个数分布）R为：R=1-exp[-(d/60)2]，式中d的单位为微米。计算直径为20到30微米之间的液滴个数占液雾中液滴总个数的百分比。 解：根据CNF定义， ，因此有： 由此， 而 积分，得 0.116 即：直径20到30微米的液滴个数占液雾中液滴总个数的11.6%。 单滴破碎计算 一个直径为100微米的水滴（表面张力系数0.072N/m）突然暴露在速度为150m/s的常压空气（密度为1.2kg/m3）中，试估算，水滴破碎后形成的小水滴中，可能存在的最大直径大约为多少？ 解：先计算We数： 37.5 We>12，因此会破碎。 破碎后的最大直径约为： 0.000032=32微米 燃烧室复习题 航空燃气轮机燃烧室的功用是什么？ 航空燃气涡轮发动机燃烧室采取何种技术措施来满足发动机对燃烧室的性能要求？ 燃烧室火焰筒内为什么要分区？以燃烧室总油气比0.03来说明。 请叙述燃烧室的正常工作过程，点火起动过程和熄火过程。 燃烧室的主要结构部分包括什么，各有什么作用？ 为什么要采用燃气分析法来测量燃烧室的燃烧效率？燃气分析法测量燃烧室燃烧效率的根据是什么？ 为什么要燃烧室的出口温度品质？出口温度分布系数和平均径向温度分布系数的定义是什么，典型的数值范围，对涡轮的影响如何？ 为什么要规定发动机燃烧室的慢车贫油熄火边界？ 为什么燃烧室需要一定的压力降？压力降为什么不能太大？ 为什么要考虑火焰筒的耐久性？ 航空燃气轮机主燃烧室中的主要雾化方式有哪些？其基本原理是什么？ 为什么离心喷嘴中间会存在一个空心涡？这对计算一定离心喷嘴压力降条件下的喷嘴流量有什么影响？ 空气雾化喷嘴雾化颗粒度的主要影响因素有哪些？ 突扩扩压器的结构和性能有什么特点？ 旋流器的主要种类有哪些？旋转射流产生回流区的机理是什么？主要类型的旋流器旋流数推导。 现代燃烧室的典型设计点油气比条件下，为什么要采用主燃孔射流？为什么要采用掺混孔射流？为什么会有流量系数，流量系数的主要影响因素？ 横侧气流中的单股射流和多股射流的流动特点是什么？ 燃烧室的流量分配根据什么来分配的？ 不同当量比的主燃区燃烧性能有何特点？ Lefebvre燃烧效率θ准则是如何推导的？写出主要过程和假设。 Lefebvre贫油熄火准则中，考虑了哪些影响因素？ Lefebvre贫油点火准则为什么与贫油熄火准则类似？ 为什么燃烧室要采用气膜冷却？ 燃烧室内火焰辐射有什么特点？ NOx的生成机理及影响因素是什么？在航空燃气轮机燃烧室中，什么状态下NOx的排放高？为什么？燃烧室中未燃碳氢和一氧化碳生产机理及其影响因素？什么状态下CO和UHC的排放高？为什么？燃烧室冒烟产生机理及其影响因素？ 航空燃气轮机燃烧室低污染排放的温度区间在什么范围，为什么这个区间能够实现低污染排放？ 常规燃烧室为什么不能达到低污染排放？有哪些低污染燃烧，原理是什么？ 加力燃烧室的作用是什么？ 加力比的定义是什么？加力比主要取决于什么？提高加力比受到哪些因素制约？ 加力燃烧室V形稳定器稳定火焰的机理是什么？与主燃烧室旋流稳定火焰有什么异同？ 为什么小涵道比涡扇发动机加力燃烧室需要软点火？ 了解沙丘驻涡火焰稳定器的稳焰机理和优点。 _1276004390.unknown _1276057931.unknown _1276059761.unknown _1276059897.unknown _1276058380.unknown _1276007079.unknown _1276004213.unknown _1276004281.unknown _1100078393.unknown