燃烧学思考与练习题全部

燃烧学思考与练习题

第二章思考与计算题

2.1 煤有哪些种类，都有哪些特点，其可燃组分有哪几种？ 2.2 煤中灰分和煤中不可燃矿物质的含义一样吗？ 2.3 煤中的含碳量、固定碳和焦炭的含义相同吗？

2.4 什么是燃料的发热值？高位发热值和低位发热值有什么区别？如何利用氧弹式热量计测量煤的高位发热值？

2.4 什么是标准煤？规定标准煤有何实用意义？ 2.5 整理一下你所了解的国内外的洁净煤燃烧新技术。 2.6 哪些石油加工产品可以作为工业炉窑的燃料？

2.7 燃料油的粘度随温度升高而降低，利用恩格拉粘度计测量燃料油在不同温度下的粘度，并绘出它们之间的关系曲线。

2.8 重油燃烧技术对重油的粘度有什么要求？

2.9 何谓燃料油的闪点、燃烧点和着火点？用实验来证明。 2.10 为什么需要了解燃料油的热稳定性和掺和性指标？

2.11 与气体燃料有关的单一气体有哪些？它们各自的特点是什么？

2.12 高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、天然气等都有哪些特点？按照它们的热值范围排序。

2.13 试求40%甲种煤和60%乙种煤的混合物发热值。

甲种：Car=62.1%，Har=4.2%，Sar=3.3%，Nar=1.2%，Oar=6.4%，Mar=7.0%，Aar=15.8%

乙种： Car=38.6%，Har =2.6%，Sar =3.8%，Nar =0.8%，Oar =3.1%，Mar =11.0%，Aar =40.1% 2.14 已知某种煤的空干基成分为：Cad=53.97%，Had=2.91%，Sad=3.54%，Nad=0.76%，Oad=5.1%，Wad=0.91%，Aad=32.81%；Vdaf=14.76%；Qnet,ad=21623.8kJ/kg和收到基水分War=4.6%，求煤的收到基其它成分，干燥无灰基成分及收到基低位发热值，并用门捷列夫及我国煤科院的经验公式进行验算。

2.15 某种煤收到基含碳量为41%，由于受外界条件的影响，其收到基水分由15%减少到10%，收到基灰分由25%增加到35%，试求其水分和灰分变化后收到基含碳量？（要求先推导换算公式后计算）

2.16 甲乙两厂采用相同型号锅炉，甲厂燃用Qnet,ar=22274 kJ/kg的煤，煤耗6.53 kg/s，乙厂燃用Qnet,ar=16341 kJ/kg的煤，煤耗8.25kg/s，用标准煤耗比较哪个厂的锅炉燃烧经济？ 2.17 某加热炉使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气温度25℃，由化验室分析的煤气组分见下表，求两种煤气的发热值和当高炉煤气和焦炉煤气按7:3混合时，混合煤气的组分和发热值。 名称 焦炉煤气 高炉煤气

CO2（%） C2H4（%） O2（%） H2（%） CH4（%） CO（%） N2（%） 3.0 10.3 2.5 0 0.5 0.1 57.3 1.6 26 0.3 9.1 29.5 1.6 58.2 第三章计算练习题

3.1 某气体混合物，其各组分的摩尔数见下表 组分 Xi 试求：

（1）氮氧化物（NO）在混合物中的摩尔分数。并将结果表示成摩尔百分数和ppm的形式。（2）混合物的摩尔质量。 （3）每一组分的质量分数。

3.2 有一种甲烷与氧气组成的混合物。甲烷的摩尔分数是0.2，混合物的温度是300 K，压力为100 kPa. 求甲烷在混合物中的质量分数和甲烷的摩尔浓度(单位体积混合物中甲烷的摩尔数，kmol/m3)

3.3 由N2和Ar 组成的混合物，其中N2的摩尔数是Ar的3倍。 求N2和Ar的摩尔分数，混合物的摩尔摩尔质量，N2和Ar的质量分数，及在500 K温度和250 kPa压力下N2的摩尔浓度，kmol/m3。

3.4计算异辛烷(i-C8H18)与空气的化学当量混合物在标准参考状态下(298.15 K)的焓，分别以每千摩尔燃料为基(kJ/kmolfuel)，每千摩尔混合物为基(kJ/kmolmix)和单位质量混合物为基(kJ/kgmix)来表示。

3.5 采用预热空气方法来提高一燃烧炉的燃料效率。在一个大气压下，当空气预热温度为800 K，空气与燃料的质量比为18，求绝热火焰温度。已知燃料入口温度为450K。假设主要的物性参数如下

Tref?300K，MWfuel?MWair?MWprod?29kg/kmol

CO 0.095

CO2 6

H2O 7

N2 34

NO 0.005

cp,fuel?3.5kJ/(kg?K)，cp,prod?1.2kJ/(kg?K)，cp,air?1.2kJ/(kg?K)

hf,air?hf,prod?0，hf,fuel?1.16?10kJ/kmol

00063.6 计算分析在一个封闭的容器中的一个平衡反应O2?2O。假设在没有分解时容器中有1摩尔的O2，试计算在T=2500 K、P=101325 Pa的条件下的O2和O的摩尔分数。

3.7 日本有人进行高温空气燃烧基础性试验研究，在一个1m3的小型试验炉上测定NOx的排放浓度。使用燃料为13A（日本城市煤气，主要组分为C3H8），燃料流量为4 Nm3／h，空气流量为52 Nm3 /h，炉温恒定在1100 ℃，试计算该炉温下的化学当量比和空气过剩系数。 3.8 某一工厂的轧钢加热炉采用重油作燃料，需要将钢坯加热到1523 K。已知重油的收到基组分为Car=83.5%，Har=11.8%，Oar=1.2%，Nar=0.7%，Sar=0.3%，Aar=0.1%，Mar=2.4%；重油被加热到353 K，空气过剩系数?＝1.18，助燃空气不预热，温度为298 K，求该条件下的重油的理论燃烧温度，并估计可能达到的炉子温度，判断该种重油燃料是否满足生产工艺要求。假设考虑炉子热损失，炉温系数?=0.75，实际炉温比钢坯加热需要的温度要高出420 K才能满足要求。

3.9 试求重油和煤气混合物燃烧所需的空气量和燃烧产物生成量。已知锅炉炉膛内燃烧8.33 kg/s 100号重油，兼烧2.78 m3/s的天然气。重油收到基成分为Car=83.4%、Har=10.0%、Sar=2.9%、Nar=0.3%、Oar=0.1%、Mar=3.0%、Aar=0.3%，天然气的干燥基成分为CO2,d=3%、CH4,d=88%、C2H8,d=1.9%、CmHn,d=0.5%、N2,d=9.3%。

3.10 某大型冶金工厂的干燥基高炉煤气组分见下表，用空气助燃，燃烧高炉煤气加热热风炉给高炉提供热风。

干燥基组分 CO2,d 17 H2,d 2.24 COd 24.02 C3H8,d 0 N2,d 56.58 O2,d 0.16 密度ρ kg/Nm 1.345 3低热值Qnet kJ/Nm 3279 3

A工况为煤气和空气均不预热，均为25℃，煤气流量150000 Nm3/h，空气流量92200 Nm/h；B工况为煤气预热到300℃，助燃空气预热到500℃，煤气流量159000 Nm/h，空气流量95600 Nm3/h。分别求各工况下的空气过剩系数、理论燃烧温度。

3.11 某厂高炉煤气的成分在3.10题给出，由于热值太低，便加入一定量的焦炉煤气混合，在轧钢加热炉上使用。焦炉煤气的干燥基组分为

CO2,d 2.4 CxHy,d 1.9 CH4,d 22.5 H2,d 57.5 COd 7.2 N2,d 7.9 O2,d 0.15 H2Sd 0.45 3

3

（1）求当焦炉煤气分别加入3%和8%时，试求两种混合煤气的低热值和理论燃烧温度，当炉温系数为0.77时，各自实际的炉温能达到多少。

（2）如果焦炉煤气的成本是高炉煤气的3倍，而预热高炉煤气和助燃空气不需要成本，当要求理论燃烧温度为1700 K时，试估计用什么预热方案较经济？

3.12 如果将3.10题中的高炉煤气与助燃空气双双预热到1000 K，(A/F)=0.66，与标准参考状态下（298 K，1atm）的情况相比，试计算燃料的节约率。

第四章计算练习题

4.1 在温度为400 K，压力为1 atm的条件下，O2和N2的等摩尔混合物。计算混合物的密度?和混合物摩尔浓度c。

4.2 在温度为400 K，压力为3.5 atm的条件下，采用附录9中给出的二元扩散系数数据，计算辛烷在空气中的二元扩散系数。同时对比值Dref/D和产物ρD的比值，即

(ρD)ref/(ρD)

4.3 一个50 mm直径量杯中有正-己烷(n-C6H14)。从气－液界面到量杯顶部的距离为20 mm。正-己烷的稳态蒸发速率为8.2?10-8 kg/s，在气－液界面上的正-己烷质量分数为0.482。正-己烷在空气中的扩散系数为80?10-4 m2/s。

A.

B. C.

求正-己烷蒸气的质量流率，给出单位；

求正-己烷蒸气的质量流量，即在气-液界面上宏观流动的部分； 求正-己烷在气液界面上的扩散部分流率。

4.4 分析水在1 atm下，由一个25mm直径的试管中蒸发到干燥的空气中。从水—气界面到管的顶部的距离为L=150mm。水—气界面上水蒸汽的质量分数是0.0235，水在空气中的二元扩散系数为2.6?10 m/s 。

A 求水的质量蒸发速率；

B 求在x?L/2的条件下水蒸发质量分数；

-5

2

C 求在x?L/2的条件下由于宏观流动引起的水气质量流和由于扩散引起的水气质

量流。

4.5 一个50 mm直径量杯中存放正-己烷(n-C6H14)。空气吹过量杯的顶部。液-气界面到量杯顶部的距离是20 cm。假设正-己烷的扩散系数是8.8?10 m/s。液态的正-己烷的温度是25?C。计算正-己烷的蒸发速率。（提示：参考与复习一下本章例4.1中的Clausius-Clapeyron关系式。） 4.6 求大气中水蒸气摩尔分数对50μm直径的水滴寿命的影响。水液是在1atm的空气中蒸发。假设液滴温度为75?C，平均空气温度为200?C。

取值分别为：XH2O,∞=0.1，XH2O,∞=0.2，XH2O,∞=0.3

-6

2

第五章计算练习题

5.1 几种组分和它们的结构形式如下所示。采用碰撞分子的简图，证明反应

2H2?O2?2H2O

按简单碰撞和给定的结构在很大的程度上是不可能的。

H2:H?H O2:O?O H2O:H?O? H5.2 分析反应 H2?O2?HO2?H，证明这是一个基元反应。借鉴题5.1所用的简图，超氧酸自由基的结构是H?O?O。

5.3 考察丙烷氧化的总包反应：

C3H8?5O2?3CO2?4H2O.

对这一反应，建议用下面的总包反应机理来描述

110.11.65 反应速率 ? 8.6?10exp(?30/RuT)[C3H8][O2],

式中用的是CGS单位(cm，s，gmol，kcal，K)是指厘米克秒为基本单位的计量制，具有三个基本量方程。

（1）确定对应于丙烷的反应级数； （2）确定对应于氧气的反应级数； （3）总包反应的总反应级数； （4）确定反应的活化能。

5.4在一个总包的、一步反应的丁烷燃烧机理中，对应于丁烷的反应级数是0.15，对应于氧的反应级数是1.6。用阿累尼乌斯形式表示的机理的各系数为

指前因子：4.16?10 [(kmol/m)应的速率的表达式

d[C4H10]dt93?0.75/s] 和活化能是125 000 kJ/kmol。写出丁烷反

。

5.5 在燃烧天然气过程中，有以下重要的反应

f???CH?H?M CH4?M???3krk其中逆反应的系数由下式给出

kr(m/kmol?s)?2.82?10Texp[?9835/T]

625在1500 K下，在参考压力为1 atm时的平衡常数Kp=0.003691。试推导出正反应常数kf

的代数表达式。对于温度1500 K时来评估该表达式，并给出单位。 5.6 分析下面的基元反应机理，其正反应与逆反应同样重要。

CO?O2???CO2?OO?H2O???OH?OHCO?OH???CO2?HH?O2???OH?O4321

试确定以这一反应机理定义的系统，需要多少化学速度方程？对于氢氧基自由基写出其速度方程。

5.7 通过H2和Br2反应来获得稳态的产物HBr。采用下列的复杂化学反应机理

M?Br2?Br?Br?M, (R.1)M?Br?Br?Br2?M,(R.2)Br?H2?HBr?H, (R.3) H?HBr?Br ?H2. (R.4) （1）对于每个反应，指出基元反应的类型以及在链式反应中的作用，比如单分子反应、链

的初始反应等。

（2）写出Br原子的反应速度的完整表达式，d[Br]/dt。 （3）写出可用于确定氢原子[H]稳态浓度的表达式。

5.8 下面的三个反应为NO形成机理称为扩展的泽尔多维奇机理

1fO?N2???NO?N (R.1)2fN?O2???NO?O (R.2) 3fN?OH???NO?H (R.3)kkk对于这一个拥有三步反应的机理，在假设O，O2，N2，H，OH的平衡浓度下，忽略逆

反应，求出以下表达式

（1）稳态[N]原子浓度的表达式； （2）NO生成速度d[NO]/dt表达式。

第六章思考题

6.1 针对H2-O2系统，参考图6.1，讨论以下内容

(1) 第一爆炸极限； (2) 第二爆作极限； (3) 第三爆炸极限。

6.2 确定在CO转化为CO2过程中第一个基元反应的步骤。

6.3 对于碳氢化合物与空气的燃烧，采用方程6.1和6.2给定的单步总包机理，比较燃料碳转化为CO2的反应速率，其中??1，P=1 atm及T=1600 K，燃料有三种：

(1) 甲烷(CH4)；(2) 丙烷(C3H8)；(3) 辛烷(C8H18)。

提示：在确定反应物的浓度时要包括空气中的氮。

6.4 许多实验表明氮氧化物在火焰区域形成非常迅速，在火焰后气体中形成速度要慢得多。是什么因素对在火焰区域NO的快速形成有影响。

6.5 指出在燃烧系统中NO转化为NO2过程中关键的自由基，为什么NO2不出现在高温火焰区域？

6.6 结合煤的燃烧，讨论C的燃烧反应机理。

第七章计算练习题

7.1 对于塞状流反应器，以图7.5为依据，推导出基本微分守恒方程组。提示：可以进行直接的推导，不必引入许多人为的假设。 7.2 推导出

dMWmixdx??MWmix?(dYi/dx)MWii2?1

7.3 考虑一个非绝热的充分搅拌反应器，假设为简单化学反应，即燃料，氧化剂和一个单一的产物组分。反应物由燃料Yfuel?0.2和氧化剂YOx?0.8组成，温度为298 K，流入到体积为0.003 m3的反应器中，质量流量为0.5 kg/s。反应器在1 atm下运行，热损失为2 kW。假设采用下面简化的热力学参数

对所有的组分，cp?1.1hf,fuel??2000hf,Ox?0 hf,pr??4000000kJ/(kg?K)

kJ/kg

kJ/kg

''流出的质量中燃料与氧化剂的质量分数分别为Yfuel?0.001和YOx?0.003，求反应器

的温度和停留时间。

7.4 一个射流扩散火焰，燃料为甲醇蒸汽（CH3OH），氧化剂为空气。火焰中存在的组分为CH3OH，CO，CO2，O2，H2，H2O，N2，和OH。 (1) 求化学当量混合分数的数值。

(2) 写出混合分数f的表达式，采用火焰组分的质量分数Yi来表示。假设所有的二元扩散系数都相等，即没有差异引起的扩散。

第八章思考题

8.1 燃料燃烧过程包括着火和燃烧两个阶段，每个阶段是什么含义。

8.2 在近代燃烧理论中人们将着火过程表述为几种理论，概括地说明每种理论基本内容。 8.3 描述一下热力着火理论中的物理模型与数学模型。 8.4 写出临界着火温度的数学表达式，即自燃着火条件下可燃混合物的着火温度与器壁温度之间的关系。

8.5 叙述在热力着火过程中着火温度与压力的关系、着火浓度界限中温度与浓度的关系、压力与浓度的关系。

8.6 试叙述链着火过程。

8.7 均匀预混可燃气体的着火性能和燃烧稳定性有哪些？

8.8为什么增加燃烧产物在燃烧室内的滞留时间，或者增加反应速度，都可以使燃烧过程趋于稳定？

8.9为什么适当延长燃烧室的长度或者强化混合过程，可以使扩散燃烧趋于完全？ 8.10高热值煤气和低热值煤气的着火浓度范围与它们的热值大小有关吗？

第九章思考题

9.1 什么是火焰前沿面？预混可燃物层流火焰和预混可燃物湍流的形貌特征有哪些？ 9.2 描述一下层流火焰结构的特征。 9.3 根据SL?MW?????T?T?，分析火焰传播机理，指出火焰传播速度与其它因2?QcpK0??hc素的关系。

9.4 影响层流火焰传播速度有哪几个因素，请一一加以说明。 9.5 9.6 9.7 9.8

什么是本生灯火焰？其结构由哪几个部分组成？ 邓克尔和谢尔金的皱折表面燃烧理论内容是什么？ 萨默菲尔德和谢京科夫的容积燃烧理论包括哪些？

查找有关湍流火焰传播实验的文献，分析湍流燃烧的复杂特性。

9.9 层流预混锥形火焰的稳定条件是什么？

9.10 层流预混锥形火焰的脱火和回火发生的可能条件和防止方法。 9.11 锥形湍流火焰与层流预混锥形火焰的回火和脱火有哪些区别？

9.12叙述用V型钝体稳定火焰的机理，说明形成的点火圈在什么位置。 9.13查找文献，综述预混湍流火焰的各种稳焰方法。

第十章思考题

10.1 结合工程流体力学知识，解释一下湍射流的概念。

10.2层流和湍射流的厚度与距离是什么关系？二者有什么区别？

10.3按经验一般自由射流核的长度大约是喷口直径多少倍？

10.4自由射流到等温空间和非等温空间的卷吸能力有什么不同？用卷吸方程表示。

10.5画出同向穿越式平行射流和同向双流体平行射流的流场结构，试举出它们的应用。 10.6指出垂直交叉射流和成角度交叉射流的流场结构特点。

10.7 说明环状射流的回流区的作用。

10.8如何判断旋转射流的强弱？强旋流和弱旋流各自的特征是什么？

10.9气体燃料射流扩散燃烧包括哪些过程？

10.10气体燃料自由射流的扩散燃烧基本方程有哪几项？与圆形自由射流的数学模型有什么区别？其解的形式有什么不同？

10.11画出自由射流扩散火焰的结构特征。

10.12画出并说明自由射流火焰形貌特性随射流初速的变化规律。

10.13 画出圆形自由射流火焰各组分浓度分布与火焰表面内横断面温度分布规律。 10.14 为什么说扩散火焰只存在脱火现象而无回火现象？ 10.15 如何确定射流火焰在层流和湍流时的最长火焰长度？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qd6x.html