燃燒學導論

前言

能源在我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾允菬o論如何也不能低估的。用各種能源產(chǎn)生的電點亮了我們的家、學校、商業(yè)區(qū)和工作環(huán)境。液體燃料幾乎提供了我們所有的機動車能源：摩托車、小汽車、貨車、公交車、火車和飛機。各種能源還用于各種產(chǎn)品的制造過程：從小小的別針到高達20層樓高的巨大索斗式掘煤機。大量使用能源正是現(xiàn)代社會的象征。只要略加注意就會發(fā)現(xiàn)，終端使用的能源主要來自礦物燃料的燃燒。對于所有的終端使用部門，如民用居住、商業(yè)、工業(yè)和交通都是如此。根據(jù)美國能源信息處的報告，中國在2004年的總發(fā)電量為20 797億kW·h，其中81.8 9／6來自礦物燃料的燃燒。發(fā)電的第二大來源是水電，占15.8％。2004年中國有總能源消耗是59。6×1015Btu（即21.5億t標煤，譯注），其中礦物燃料占了近94％（煤69％，油22％，天然氣3％）。這些數(shù)字清楚地表明了燃燒在中國的重要性。盡管不同的國家礦物燃料產(chǎn)生的能源的量有所不同，但從全球來看，礦物燃料占有絕對主導的地位，這就意味著燃燒在全世界都是一個重要的問題。世界根據(jù)燃燒這一事實提出一系列有趣且有挑戰(zhàn)性的課題：礦物燃料的采礦和鉆探；廣泛使用中的燃料的有效使用；燃燒產(chǎn)生的空氣污染物的控制，包括傳統(tǒng)的空氣污染物（氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳等），也包括空氣毒物（如汞等）和溫室氣體（二氧化碳、甲烷和氮氧化物等）?？諝馕廴締栴}由于將水的使用和垃圾填埋與煤的燃燒交織在一起而更趨復雜，比如，飛灰和二氧化硫的控制就會帶來大量的固體廢物需要進行妥善的處置。當代的燃燒工程師會感到有很多問題需要去解決。燃燒，特別是煤的燃燒，它是cO2的首要來源，是造成全球氣候變化的主要溫室氣體。創(chuàng)造出零碳（CO2）或近零碳排放的有用的能源的可行方法是目前全球研究的熱點。在未來幾十年中，產(chǎn)生零碳排放的能源將是一個主導的方向。對燃燒工程師的一個直接相關(guān)的問題是從纖維素生產(chǎn)生物質(zhì)燃料及其使用。這些燃料既可以再生，又可實現(xiàn)零碳排放。

內(nèi)容概要

本書是國際上被廣泛采用的燃燒學教材，清晰地講解了燃燒理論及其應用知識，反映了近年來燃燒科學新的研究發(fā)展趨勢。本書的最大特色是注意從學生學習的要求出發(fā)，語言深入淺出，同時有大量的例題、思考題、習題和訓練題，并在配書光盤中提供計算程序軟件，能使讀者在認知的情況下，進一步提高解決實際問題的能力，最終使讀者對于燃燒學方面的知識做到會學、會用、會想。本書還提供了大量的參考文獻，為深入研究和應用提供了很好的幫助。    全書共16章，介紹了燃燒的概念，燃燒及熱化學，化學平衡的概念及應用，傳質(zhì)分析，化學動力學，燃燒中重要的化學反應，反應系統(tǒng)的熱化學分析，反應流中的簡化守恒方程，層流預混及擴散火焰，液滴蒸發(fā)和燃燒，湍流基礎(chǔ)和湍流火焰（湍流預混火焰、湍流擴散火焰），固體（煤）燃燒和污染排放，燃燒中的爆燃現(xiàn)象。    本書可作為能源動力、汽車、航天航空類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科生和研究生燃燒學的教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域科研人員的參考書。

作者簡介

作者：(美國)Stephen R.Turns 譯者：姚強 李水清 王宇

書籍目錄

第1章　導論　1.1　學習燃燒學的動機　1.2　燃燒的定義　1.3　燃燒方式與火焰種類　1.4　學習方法　1.5　參考文獻第2章　燃燒與熱化學　2.1　概述　2.2　熱力學性質(zhì)關(guān)系式回顧　　2.2.1　廣延量和強度量　　2.2.2　狀態(tài)方程　　2.2.3　狀態(tài)的熱方程　　2.2.4　理想氣體混合物　　2.2.5　蒸發(fā)潛熱　2.3　熱力學第一定律　　2.3.1　第一定律——定質(zhì)量　　2.3.2　第一定律——控制體　2.4　反應物和生成物的混合物　　2.4.1　化學計量學　　2.4.2　絕對（或標準）焓和生成焓　　2.4.3　燃燒焓和熱值　2.5　絕熱燃燒溫度　2.6　化學平衡　　2.6.1　第二定律的討論　　2.6.2　吉布斯函數(shù)　　2.6.3　復雜系統(tǒng)　2.7　燃燒的平衡產(chǎn)物　　2.7.1　全平衡　　2.7.2　水煤氣反應的平衡　　2.7.3　壓力影響　2.8　應用　　2.8.1　回熱式熱交換器和蓄熱式熱交換器　　2.8.2　煙氣（尾氣）再循環(huán)　2.9　小結(jié)　2.10　符號表　2.11　參考文獻　2.12　復習題　2.13　習題　2.14　附錄2A一些燃料的化學性質(zhì)第3章　傳質(zhì)引論　3.1　概述　3.2　傳質(zhì)入門　　3.2.1　傳質(zhì)速率定律　　3.2.2　組分守恒　3.3　傳質(zhì)的應用實例　　3.3.1　斯蒂芬問題　　3.3.2　液氣界面的邊界條件　　3.3.3　液滴蒸發(fā)　3.4　小結(jié)　3.5　符號表　3.6　參考文獻　3.7　復習題　3.8　習題第4章　化學動力學　4.1　概述　4.2　總包反應與基元反應　4.3　基元反應速率　　4.3.1　雙分子反應和碰撞理論　　4.3.2　其他基元反應　4.4　多步反應機理的反應速率　　4.4.1　凈生成率　　4.4.2　凈生成率的簡潔表達　　4.4.3　反應速率常數(shù)與平衡常數(shù)之間的關(guān)系　　4.4.4　穩(wěn)態(tài)近似　　4.4.5　單分子反應機理　　4.4.6　鏈式反應和鏈式分支反應　　4.4.7　化學時間尺度　　4.4.8　部分平衡　4.5　小結(jié)　4.6　符號表　4.7　參考文獻　4.8　思考題與習題第5章　一些重要的化學機理第6章　反應系統(tǒng)化學與熱力學分析的耦合第7章　反應流的簡化守恒方程第8章　層流預混火焰第9章　層流擴散火焰第10章　液滴的蒸發(fā)與燃燒第11章　湍流概論第12章　湍流預混火焰第13章　湍流非預混火焰第14章　固體的燃燒第15章　污染物排放第16章　爆震燃燒附錄A　C-H-O-N氣體系統(tǒng)中的重要熱力學性質(zhì)表附錄B　燃料特性附錄C　空氣、氮氣、氧氣的相關(guān)性質(zhì)附錄D　二元擴散系數(shù)及估計方法附錄E　求解非線性方程的廣義牛頓迭代法附錄F　碳氫化合物?空氣燃燒平衡產(chǎn)物的計算程序索引

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 燃燒與熱化學2.1 概述本章將仔細考察對于燃燒學習十分重要的幾個熱力學概念。首先，回顧一下理想氣體及其混合物的基本參數(shù)關(guān)系式和熱力學第一定律。也許這些概念在以前熱力學的學習中讀者已經(jīng)熟悉，在列出來是因為它們是燃燒學習完整的環(huán)節(jié)之一。本章后面將集中在與燃燒和反應系統(tǒng)相關(guān)的熱力學問題上：元素守恒相關(guān)的概念和定義；表征化學鍵能的焓的定義；定義反應熱、熱值等的第一定律概念；絕熱燃燒溫度。還將導出基于熱力學第二定律概念的化學平衡，并應用于對燃燒產(chǎn)生的混合物的預測。在此特別強調(diào)平衡的概念是因為對于許多實際的燃燒設(shè)備來說，平衡態(tài)的知識就足以來定義許多設(shè)備的性能參數(shù)。例如，穩(wěn)定流動的燃燒器的出口溫度和主要組成是由平衡決定的。本章還給出了一些例子來說明這些原理。

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