【正文】 W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M 第一章 燃燒熱力學 ? 本章研究內(nèi)容 （研究燃燒系統(tǒng)中有 化學反應(yīng) 時的能量轉(zhuǎn)換和守恒關(guān)系） ?基本概念 ?應(yīng)用熱力學第一定律和第二定律計算： （火焰）溫度 提 綱 : 定義及概念 熱一定律 熱二定律 定義及概念 大部分燃燒系統(tǒng)是獲取熱量和功，反應(yīng)物由燃料和氧化劑組成 ?氧化劑 通常是空氣中的氧 – 空氣是免費的，不需要儲存和攜帶。取之不盡，用之不竭 – 空氣中的氧氣的摩爾濃度是 21% – N2的濃度是 79% – 1摩爾的 O2有 N2 – 空氣中 N2對燃燒有稀釋作用，降低燃燒反應(yīng)強度 – 如需要提高燃燒強度，可行辦法之一是采用純氧或富氧燃燒 ?燃料 – 氣態(tài)（ H2\CO\CmHn等） – 液態(tài)（重烷烴 \甲、乙醇等） – 固態(tài)（煤炭 \木材等） 一、化學恰當比 考慮各種元素的質(zhì)量守恒，一個化學反應(yīng)可以寫成如下形式： i i i iAA?? ??????? ?????生成物反應(yīng)物?? ? iiii AA 39。??i?i?、 i??—— 分別是組分 i在反應(yīng)物和生成物中的化學 計量系數(shù)。 i??式中： —— 組分 i（ 反應(yīng)物或生成物）的化學元素符號； iA則有： yx HCA ?1 11 ??01 ??? a?2? 02 ??? 23 NA ? ?? ??? 24 COA ? x??4? OHA 25 ?25y???4yxa ??式中 ： 4yax??22222 763)2()763( ?????1 xyA C H? 1 1? ? 10???22AO? 2a? ? 2 0?? ?32AN? 3 a? ? 3 a? ? ?52A H O?5 0? ? 5 2y?? ?對于 碳氫燃料 和空氣 的化學反應(yīng)，上式可以寫成 xyCH42A C O?4 0? ? 4x?? ? 化學恰當反應(yīng)： 所有參加化學反應(yīng)的反應(yīng)物都 按化學反應(yīng) 方程規(guī)定的比例 完全 燃燒的反應(yīng)。 空氣 燃料化學恰當比（空 — 燃比） ： 化學恰當反應(yīng)時消耗的 空氣 — 燃料 質(zhì)量比 。若以 1kg燃料計，則為 理論空氣量 L0。 ,0,4 .7 6L ( ) ( )1raa irs t s tfu e l r fMmAaF m M? ? ?st－－ stoichiometric 式中 ， ,raM ,rfM分別為空氣和燃料的相對分子質(zhì)量 。 、 當量比 （ Equivalence ratio, dimensionless fuel/air） ( / )( / ) stFAFA? ?2 1??—— 富燃料混合物 (rich mixture) 1?? —— 化學恰當比混合物 (stoichiometric ) 1?? —— 貧燃料混合物 (lean mixture) 余氣系數(shù)，過量空氣系數(shù) (dimensionless air/fuel, excess air coefficient) /1( / ) stAFAF? ???1? ? —— 富燃料混合物 1? ? —— 化學恰當比混合物 1? ? —— 貧燃料混合物 【 解 】 ：已知： ， ， 86?? , ? , 1 5 .9 /maq k g s?, 6 12 .01 2 08 18 .28 6rfM ? ? ? ? ?求： ，（ A/F）及 ,mfq ?【 例 】 一個小型低輻射、固定的燃氣渦輪發(fā)動機，當它在全負荷（功率為 3950KW）條件下工作時，空氣的質(zhì)量流量為 ，混氣的當量比為 。假設(shè)燃料（天然氣）的等效組成可表示為 ，試確定燃料的流量和發(fā)動機的空燃比 ？ 1 .1 6 4 .3 2CH先求空燃比（ A/F），然后再求 。 本例僅用到空燃比和當量比 的定義。 由 的定義得： 其中： ，因此 ,mfq?? ?stAF? ? 4 . 7 6 a irs to icfu e lMWA F aMW?4 4 x y? ? ? ? ?? ? 2 8 . 8 54 . 7 6 2 . 2 4 1 6 . 8 21 8 . 2 8 6s t o i cAF ? ? ?由當量比 的定義得： ?? ?? ?stAFAF??? ? 1 6 .8 2 5 8 .80 .2 8 6stAF? ? ??? ? ?AF? ?AF 的定義也可寫成： ? ? ,mamfqAFq??? ?,1 5 . 9 0 . 2 7 0 /5 8 . 8mamfq k g sq k g sAF? ? ? 11 ????? 從本例可看出，即使是在全負荷下工作，供給發(fā)動機的 空氣也是過量 的。 。 ?例 有一以天然氣為燃料的工業(yè)鍋爐，該鍋爐工作時煙氣中氧氣的摩爾分數(shù)為 3%? ?AF試確定該鍋爐工作時的空燃比 和當量比 。假設(shè)天然氣成分為甲烷， 。 2 ? ? e lMW ? 2 8 .8 5airMW ??? ?AF已知： 求： 和 解： 和 組成，那么我們 2 2 2,H O C O O 2N假定天然氣在鍋爐中 “ 完全燃燒 ” ，即反應(yīng)產(chǎn)物沒有發(fā)生離解，燃燒產(chǎn)物僅由 2O可以寫出總體燃燒反應(yīng)方程式，然后根據(jù)產(chǎn)物中 ? ?AF摩爾分數(shù)求出空燃比 的 ? ?4 2 2 2 2 2 23. 76 2 3. 76CH a O N CO H O bO aN? ? ? ? ? ?2 2 2 2ab? ? ?2ba? ? ?a b其中 和 通過氧原子守恒而相互關(guān)聯(lián)： 從摩爾分數(shù)的定義可知： 2?? ??????? aaabbNNm i xOO?2 .3 6 8a??? ? a ir a irfu e l fu e lN M WAFN M W??4 .7 61a irfu e lN aN ?? ? 4 . 7 61 a irfu e lMWaAFMW??? ?AF 2 8 . 8 54 . 7 6 2 . 3 6 81 6 . 0 4? ? ? ?空燃比可表示為 因為 所以 ? ? ?stoicAF? ? 4 .7 6 2 2 8 .8 5 1 7 .11 6 .0 4stoicAF ????為了求出 ，首先得求出 ?? ?? ?1 7 . 10 . 8 42 0 . 3s to icAFAF? ? ? ?由 的定義可得 絕對焓： 0 ,( ) ( ) ( )i f i re f s i re fh T h T h T? ? ?某一參考溫度下該組分的生成焓 從某一參考溫度開始的顯焓變化 式中： 說 明：