化學熱力學化學動力學課件

化學熱力學化學動力學§2燃燒原理基礎燃燒學化學熱力學：反應體系的初始、終了狀態(tài)化學動力學：反應的過程和所需時間、反應速率化學熱力學§2燃燒原理基礎燃燒學化學熱力學：反應體系的1§2-1化學動力學基礎化學反應速率阿累尼烏斯定律影響反應速率的因素鏈鎖反應§2-1化學動力學基礎化學反應速率2一、化學反應的分類化學反應是具有不同原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)重新組合的過程。人們把那種能代表反應機理的、由反應微粒（分子、原子、離子或自由基等）一步直接實現(xiàn)的變化稱為“基元步驟”。

基元步驟：簡單反應：復雜反應：僅有一個基元步驟構(gòu)成由兩個以上基元步驟構(gòu)成的§2-1-1化學反應速率一、化學反應的分類化學反應是具有不同原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)重新組3一、化學反應的分類復雜反應簡單反應§2-1-1化學反應速率一、化學反應的分類復雜反應簡單反應§2-1-1化學反應速4§2-1-1化學反應速率1、濃度的定義二、化學反應速率（3）質(zhì)量濃度（密度）：（1）摩爾濃度：（2）分子濃度：常用的表示方法：§2-1-1化學反應速率1、濃度的定義二、化學反應速率（5§2-1-1化學反應速率（4）相對濃度質(zhì)量相對濃度：摩爾相對濃度：§2-1-1化學反應速率（4）相對濃度質(zhì)量相對濃度：摩爾6§2-1-1化學反應速率2化學反應速率定義k對化學反應：aA+bBcC+dD化學反應速率表達式：§2-1-1化學反應速率2化學反應速率定義k對化學反7三、質(zhì)量作用定律簡單反應的速率與各反應物濃度以其化學計量系數(shù)為指數(shù)冪的乘積成正比。

§2-1-1化學反應速率反應速率常數(shù)三、質(zhì)量作用定律簡單反應的速率與各反應物濃度以其化學計量8四、化學反應級數(shù)n化學反應級數(shù)是指化學反應速率與濃度呈多少次方的關(guān)系，就稱為幾級反應，它是濃度影響反應速率大小與快慢的反映。零級反應一級反應二級反應三級反應§2-1-1化學反應速率四、化學反應級數(shù)n化學反應級數(shù)是指化學反應速率與濃度呈多9四、化學反應級數(shù)簡單反應的級數(shù)常與反應式中作用物的分子數(shù)相同反應級數(shù)可以不是整數(shù)，如一般碳氫燃料與氧的反應是1.5～２級反應

反應級數(shù)是從化學動力學實驗測定§2-1-1化學反應速率四、化學反應級數(shù)簡單反應的級數(shù)常與反應式中作用物的分子數(shù)相10溫度對反應速率的影響，集中反應在反應速率常數(shù)K上。在大量實驗的基礎上，阿累尼烏斯于1889年提出反應速率常數(shù)K與反應溫度T之間的關(guān)系為：

式中K0為頻率因子，Ea為活化能，二者都為實驗常數(shù)，R為氣體常數(shù)

§2-1-2阿累尼烏斯定律溫度對反應速率的影響，集中反應在反應速率常數(shù)K上。在大量11§2-1-2阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律反應了溫度對反應速率的影響阿累尼烏斯定律是實驗得出的結(jié)果并不是所有的化學反應都符合阿累尼烏斯定律符合阿累尼烏斯定律的反應速率常數(shù)與溫度的關(guān)系§2-1-2阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律反應了溫度對反應12§2-1-2阿累尼烏斯定律對燃料和氧化劑的反應，阿累尼烏斯定律可寫為：下標s表示反應中某一成分：燃料或氧化劑分別為燃料和氧化劑的質(zhì)量相對濃度，n為反應級數(shù)，ρ為混合物密度、§2-1-2阿累尼烏斯定律對燃料和氧化劑的反應，阿累尼烏斯13分子之間需要通過碰撞才能引起化學反應單位時間內(nèi)碰撞次數(shù)越多，反應速率越快不是所有的碰撞都會發(fā)生反應發(fā)生反應所需的臨界能量叫活化能

活化能越小，物質(zhì)的化合能力越強能量大于活化能的分子為活化分子活化分子間的碰撞可以發(fā)生反應

§2-1-2阿累尼烏斯定律分子碰撞理論分子之間需要通過碰撞才能引起化學反應活化能越小，物質(zhì)的化14在單位時間內(nèi)所有A分子與所有B分子的總碰撞次數(shù)為：對于氣相反應：

由分子碰撞理論可以推出：能量超過活化能的活化分子占分子總數(shù)的比值：§2-1-2阿累尼烏斯定律在單位時間內(nèi)所有A分子與所有B分子的總碰撞次數(shù)為：對于氣相反15反應速率：頻率因子K活化分子之間的有效碰撞次數(shù)為：§2-1-2阿累尼烏斯定律反應速率：頻率因子K活化分子之間的有效碰撞次數(shù)為：§2-1-16§2-1-3影響反應速率的因素§2-1-3影響反應速率的因素17§2-1-3影響反應速率的因素一、反應物質(zhì)的性質(zhì)對反應速率的影響飽和分子的活化能比較大，根與離子的反應活化能趨于0§2-1-3影響反應速率的因素一、反應物質(zhì)的性質(zhì)對反應速率18§2-1-3影響反應速率的因素二、溫度對反應速率的影響溫度升高，分子運動速度加快，碰撞能量超過活化能的部分增大，反應速度加快?！?-1-3影響反應速率的因素二、溫度對反應速率的影響溫19§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響20§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響一級反應：二級反應：§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響一級21§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響若以相對濃度計算反應速率：§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響若以22§2-1-3影響反應速率的因素四、反應物質(zhì)成分的影響雙分子反應§2-1-3影響反應速率的因素四、反應物質(zhì)成分的影響雙分子23§2-1-4鏈鎖反應現(xiàn)象1、2、低溫時磷、乙醚的蒸氣氧化出現(xiàn)冷焰3、§2-1-4鏈鎖反應現(xiàn)象1、24§2-1-4鏈鎖反應定義一種在反應歷程中含有被稱為鏈載體的低濃度活性中間產(chǎn)物的反應，這種鏈載體參加到反應的循環(huán)中，并且它在每次循環(huán)之后都重新生成。

鏈載體：自由基、離子等§2-1-4鏈鎖反應定義一種在反應歷程中含有被稱為鏈載25§2-1-4鏈鎖反應過程鏈的形成鏈的增長鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應過程鏈的形成26§2-1-4鏈鎖反應鏈的形成：由原物質(zhì)生成活性中心的過程。此過程一般藉光化作用、高能電磁輻射或微量活性物質(zhì)的引入等。鏈的增長：活性中間產(chǎn)物與原物質(zhì)作用產(chǎn)生新的活性中間產(chǎn)物的過程。鏈的增長可以是直線、不分枝式，也可以是分枝式不分枝鏈鎖反應分枝鏈鎖反應§2-1-4鏈鎖反應鏈的形成：由原物質(zhì)生成活性中心的過27§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷：活性中間產(chǎn)物消失或失去活性的過程。1、兩個自由原子（活性中心）碰撞后組成一個正常分子2、自由原子與分子碰撞后失去能量3、自由原子與器壁碰撞后失去能量§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷：活性中間產(chǎn)物消失或失去活性的28§2-1-4鏈鎖反應一、不分枝鏈鎖反應氫與氯在光的作用下合成氯化氫：鏈的形成§2-1-4鏈鎖反應一、不分枝鏈鎖反應氫與氯在光的作用下合29§2-1-4鏈鎖反應鏈的增長§2-1-4鏈鎖反應鏈的增長30§2-1-4鏈鎖反應§2-1-4鏈鎖反應31§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷32§2-1-4鏈鎖反應等溫條件下不分枝鏈鎖反應的反應速度：1、如果反應在初始時活性中間產(chǎn)物的濃度已達到離解平衡的數(shù)值（最大值），則反應速度將隨著反應物質(zhì)的濃度下降而減小。2、如果反應在初始時活性中間產(chǎn)物的濃度未達到平衡的最大值，則反應速度起初較小，而后隨著活性中間產(chǎn)物增多而加快，一直到濃度為平衡數(shù)值時，然后隨著反應物的消耗而減小?！?-1-4鏈鎖反應等溫條件下不分枝鏈鎖反應的反應速度：133§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應氫的氧化學反應：鏈的形成§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應氫的氧化學34§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的增長§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的增長35§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應總的效果：§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應總的效果：36§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的中斷37§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應分枝鏈鎖反應的特點：1、反應隨著時間進展顯著地自行加速。2、有感應期存在。從開始反應到反應顯著加速的這段時間§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應分枝鏈鎖反38§2-2著火過程一切燃燒過程都分為兩個階段：著火、燃燒。著火是燃燒的準備階段。著火方式：（1）鏈鎖自燃（2）熱自燃（3）點燃（強迫著火）§2-2著火過程一切燃燒過程都分為兩個階段：著39§2-2著火過程一、熱自燃理論熱理論認為：著火是反應放熱因素和散熱因素相互作用的結(jié)果。

放熱＞散熱：著火成功放熱＜散熱：不成功§2-2著火過程一、熱自燃理論40§2-2著火過程二、閉口系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)分析法§2-2著火過程二、閉口系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)分析法41§2-2著火過程通過器壁的散熱量：ω-化學反應速率，V-體積q-熱值，系統(tǒng)的化學反應放熱量：α-對流換熱系數(shù)，A-表面積T-反應過程中溫度§2-2著火過程通過器壁的散熱量：ω-化學反應速率，V-體42§2-2著火過程系統(tǒng)本身升溫吸收熱量：系統(tǒng)的熱平衡方程：§2-2著火過程系統(tǒng)本身升溫吸收熱量：系統(tǒng)的熱平衡方程43§2-2著火過程取決于Exp(-E/RT)為T的線性函數(shù)，斜率初始值：T0§2-2著火過程取決于Exp(-E/RT)為T的線性函數(shù)，44§2-2著火過程改變α：改變P：§2-2著火過程改變α：改變P：45§2-2著火過程三、熱自燃特性1、著火溫度B點是釋熱曲線與散熱線的切點-----------------熱相等-----------------相切§2-2著火過程三、熱自燃特性B點是釋熱曲線與散熱線的切點46§2-2著火過程若E=40000kcal/kmol，T0=1000K時，TB-T0≈50＜＜T0，即：TB≈T0

這就是說在著火的情況下，自燃溫度在數(shù)量上與給定的環(huán)境溫度相差不多。在近似計算中不需測量真正的自燃溫度?！?-2著火過程若E=40000kcal/kmol，T0=47§2-2著火過程得謝苗諾夫方程：對于n=2的簡單反應，以TB＝T0和PB＝P0代入相切條件2、熱自燃特性§2-2著火過程得謝苗諾夫方程：對于n=2的簡單反應，以T48§2-2著火過程當燃料及外界條件給定時：截距斜率E/2R據(jù)此求出活化能§2-2著火過程當燃料及外界條件給定時：截距斜率E/2R據(jù)49§2-2著火過程（1）E↓或kn↑T0C↓（2）↑（即α↑或V↓）T0c↑（3）Pc↓Tc↑，Pc↑Tc↓（4）熱自燃有一定濃度界限§2-2著火過程（1）E↓或kn↑T0C↓（2）↑（即50§2-2著火過程自發(fā)著火區(qū)非自發(fā)著火區(qū)著火著火不著火不著火貧燃限富燃限富燃限貧燃限PB～TB界限PB=c，TB～xMTB=c，PB～xM§2-2著火過程自發(fā)著火區(qū)非自發(fā)著火區(qū)著火著火不著火不著火51§2-2著火過程四、著火感應期

由能量方程及放熱曲線和散熱曲線圖，可以定性畫出在不同初始溫度下的混氣溫度隨時間變化曲線：τⅠⅡⅢⅣ曲線Ⅰ：τi=∞曲線Ⅱ：放熱曲線與散熱曲線只有一個切點曲線Ⅲ：一開始就上凹，沒有拐點，感應期很短§2-2著火過程四、著火感應期由能量方程及放熱52§2-2著火過程感應期表達式：對于烴類燃料，反應級數(shù)近似為二級，有：壓力↓，溫度↓，感應期↑§2-2著火過程感應期表達式：對于烴類燃料，反應級數(shù)53§2-3均勻混氣的火焰?zhèn)鞑ヒ?、層流火焰?zhèn)鞑ヒ讶細馕慈細饣鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣燃囱娣宓姆ㄏ蛩俣龋ㄓ址Q正交速度）：1、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?-3均勻混氣的火焰?zhèn)鞑ヒ?、層流火焰?zhèn)鞑ヒ讶細馕慈細饣鹧?4層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：熱理論：認為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C理為從反應區(qū)到未燃區(qū)域的熱傳導（本文討論）擴散理論：認為來自反應區(qū)的鏈載體的逆向擴散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩鼐C合理論：認為熱的傳導和活性粒子的擴散對火焰?zhèn)鞑タ赡苡型戎匾挠绊?、火焰?zhèn)鞑C理層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：熱理論：認為控制火焰?zhèn)鞑サ?5將火焰鋒面可分為兩部分：反應區(qū)R－R預熱區(qū)P－P設：u0=un，則火焰鋒面駐定。3、火焰?zhèn)鞑ニ俣萓n將火焰鋒面可分為兩部分：反應區(qū)R－R預熱區(qū)P－P設：u0=56連續(xù)方程：P≈常數(shù)對于一維帶化學反應的定常層流流動，其基本方程為：

動量方程：能量方程：絕熱條件下，火焰的邊界條件為：連續(xù)方程：P≈常數(shù)對于一維帶化學反應的定常層流流動，其基本方57把火焰分成預熱區(qū)與反應區(qū)，在預熱區(qū)中忽略化學反應的影響，而在反應區(qū)中忽略能量方程中溫度的一階導數(shù)項。

分區(qū)近似解法：把火焰分成預熱區(qū)與反應區(qū)，在預熱區(qū)中忽略化學反應的影響，而在58(1)壓力的影響一般碳氫燃料燃燒過程的反應級數(shù)1.5～2，因此：即壓力對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊戄^小(v=0～0.25)4、影響層流火焰?zhèn)鞑サ囊蛩?1)壓力的影響一般碳氫燃料燃燒過程的反應級數(shù)1.5～2，因59(2)溫度的影響：溫度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?/p>

（C=1.5～2）

(2)溫度的影響：溫度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?。（C=1.560(3)混氣成分的影響：存在一個最佳混氣成分，這時火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲蟆γ恳环N混氣，都存在一個火焰?zhèn)鞑サ臐舛冉缦?，當混氣太貧或太富時，火焰就不能傳播。

(3)混氣成分的影響：存在一個最佳混氣成分，這時火焰?zhèn)鞑ニ俣?1(4)混氣性質(zhì)的影響：導溫系數(shù)增加，活化能減少或火焰溫度增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆?/p>

氧濃度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆?/p>

(4)混氣性質(zhì)的影響：導溫系數(shù)增加，活化能減少或火焰溫度增加62二、紊流火焰?zhèn)鞑ダ字Z數(shù)直管段中，Re＜2300時，層流混氣的流動為紊流時，Re＞3200時火焰為紊流火焰二、紊流火焰?zhèn)鞑ダ字Z數(shù)直管段中，Re＜2300時，層流混氣的631、紊流的基本屬性描述紊流的運動速度為：—平均速度，—瞬時脈動速度紊流強度：描述紊流流動的主要參數(shù)：紊流尺度l：紊流中形成的氣體微團的平均直徑?；蛭F的平均脈動距離三個方向上的分量一般不等1、紊流的基本屬性描述紊流的運動速度為：—平均速度，—瞬時脈642、紊流火焰特征和傳播機理與層流火焰相比，有如下特點：（1）火焰長度縮短（2）火焰前鋒變寬（3）火焰峰面粗糙（4）有噪音紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@大于層流2、紊流火焰特征和傳播機理與層流火焰相比，有如下特點：紊流火65化學熱力學化學動力學課件663紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?）紊流尺度遠小于層流火焰前鋒的厚度：（2）紊流尺度大于層流火焰前鋒的厚度，且紊流強度ε較小——表面燃燒理論單位時間內(nèi)焰峰表面燒掉的混氣量以層流焰峰表示以紊流焰峰表示3紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?）紊流尺度遠小于層流火焰前鋒的厚度67（3）當紊流強度ε很大時，u’》unu’/un》1此時ut∝u’，ut只取決于脈動速度，與化學動力學因素無關(guān)（3）當紊流強度ε很大時，u’》unu’/un》1684、影響紊流傳播速度的因素（1）雷諾數(shù)Re↑ut↑（2）壓力Pt↑ut↑（3）溫度T↑ut↑（4）u’u’↑ut↑（5）混氣濃度4、影響紊流傳播速度的因素（1）雷諾數(shù)69§2-4擴散燃燒與動力燃燒燃料燃燒時間包括兩部分：τ=τm+τrτm：燃料與空氣混合所需要的時間τr：化學反應時間τm》τr：

擴散燃燒，τ≈τmτr》τm：

動力燃燒，τ≈τrτr、τm相差不大

：

動力—擴散燃燒一、擴散燃燒和動力燃燒基本概念§2-4擴散燃燒與動力燃燒燃料燃燒時間包括兩部分：τ=τm70α1=1α1＞1α1＜1α1=0α1=1α1＞1α1＜1α1=071二、氣相擴散燃燒1、層流擴散火焰結(jié)構(gòu)火焰形狀火焰面位置濃度變化二、氣相擴散燃燒1、層流擴散火焰結(jié)構(gòu)火焰形狀722、紊流擴散火焰1—火焰頂點2—層流向紊流的轉(zhuǎn)變點2、紊流擴散火焰1—火焰頂點733火焰高度Q—容積流量Dm—擴散系數(shù)層流紊流3火焰高度Q—容積流量層流紊流744、擴散火焰的特點（1）擴散火焰的穩(wěn)定性（2）碳氫化合物的熱分解4、擴散火焰的特點（1）擴散火焰的穩(wěn)定性（2）碳氫化合物的熱75三、氣—液兩相燃燒1、蒸發(fā)或燃燒時的油珠溫度三、氣—液兩相燃燒1、蒸發(fā)或燃燒時的油珠溫度762、斯蒂芬(Stefan)流2、斯蒂芬(Stefan)流773、高溫環(huán)境下相對靜止油珠的蒸發(fā)純蒸發(fā)條件下油珠的蒸發(fā)速率：B—物質(zhì)交換數(shù)油珠達到蒸發(fā)平衡時：hfg—汽化潛熱3、高溫環(huán)境下相對靜止油珠的蒸發(fā)純蒸發(fā)條件下油珠的蒸發(fā)速率：784、高溫度環(huán)境中相對靜止油珠的燃燒油珠燃燒速率：—空氣對燃油的化學當量比Tb—燃油的沸點溫度，Tf—火焰溫度4、高溫度環(huán)境中相對靜止油珠的燃燒油珠燃燒速率：—空氣對燃油795、d2定律及油珠壽命油珠壽命純蒸發(fā)時，k為蒸發(fā)常數(shù)燃燒時，k換成kf，稱為燃燒常數(shù)d0—油珠初始直徑5、d2定律及油珠壽命油珠壽命純蒸發(fā)時，k為蒸發(fā)常數(shù)燃燒時，80化學熱力學化學動力學§2燃燒原理基礎燃燒學化學熱力學：反應體系的初始、終了狀態(tài)化學動力學：反應的過程和所需時間、反應速率化學熱力學§2燃燒原理基礎燃燒學化學熱力學：反應體系的81§2-1化學動力學基礎化學反應速率阿累尼烏斯定律影響反應速率的因素鏈鎖反應§2-1化學動力學基礎化學反應速率82一、化學反應的分類化學反應是具有不同原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)重新組合的過程。人們把那種能代表反應機理的、由反應微粒（分子、原子、離子或自由基等）一步直接實現(xiàn)的變化稱為“基元步驟”。

基元步驟：簡單反應：復雜反應：僅有一個基元步驟構(gòu)成由兩個以上基元步驟構(gòu)成的§2-1-1化學反應速率一、化學反應的分類化學反應是具有不同原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)重新組83一、化學反應的分類復雜反應簡單反應§2-1-1化學反應速率一、化學反應的分類復雜反應簡單反應§2-1-1化學反應速84§2-1-1化學反應速率1、濃度的定義二、化學反應速率（3）質(zhì)量濃度（密度）：（1）摩爾濃度：（2）分子濃度：常用的表示方法：§2-1-1化學反應速率1、濃度的定義二、化學反應速率（85§2-1-1化學反應速率（4）相對濃度質(zhì)量相對濃度：摩爾相對濃度：§2-1-1化學反應速率（4）相對濃度質(zhì)量相對濃度：摩爾86§2-1-1化學反應速率2化學反應速率定義k對化學反應：aA+bBcC+dD化學反應速率表達式：§2-1-1化學反應速率2化學反應速率定義k對化學反87三、質(zhì)量作用定律簡單反應的速率與各反應物濃度以其化學計量系數(shù)為指數(shù)冪的乘積成正比。

§2-1-1化學反應速率反應速率常數(shù)三、質(zhì)量作用定律簡單反應的速率與各反應物濃度以其化學計量88四、化學反應級數(shù)n化學反應級數(shù)是指化學反應速率與濃度呈多少次方的關(guān)系，就稱為幾級反應，它是濃度影響反應速率大小與快慢的反映。零級反應一級反應二級反應三級反應§2-1-1化學反應速率四、化學反應級數(shù)n化學反應級數(shù)是指化學反應速率與濃度呈多89四、化學反應級數(shù)簡單反應的級數(shù)常與反應式中作用物的分子數(shù)相同反應級數(shù)可以不是整數(shù)，如一般碳氫燃料與氧的反應是1.5～２級反應

反應級數(shù)是從化學動力學實驗測定§2-1-1化學反應速率四、化學反應級數(shù)簡單反應的級數(shù)常與反應式中作用物的分子數(shù)相90溫度對反應速率的影響，集中反應在反應速率常數(shù)K上。在大量實驗的基礎上，阿累尼烏斯于1889年提出反應速率常數(shù)K與反應溫度T之間的關(guān)系為：

式中K0為頻率因子，Ea為活化能，二者都為實驗常數(shù)，R為氣體常數(shù)

§2-1-2阿累尼烏斯定律溫度對反應速率的影響，集中反應在反應速率常數(shù)K上。在大量91§2-1-2阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律反應了溫度對反應速率的影響阿累尼烏斯定律是實驗得出的結(jié)果并不是所有的化學反應都符合阿累尼烏斯定律符合阿累尼烏斯定律的反應速率常數(shù)與溫度的關(guān)系§2-1-2阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律反應了溫度對反應92§2-1-2阿累尼烏斯定律對燃料和氧化劑的反應，阿累尼烏斯定律可寫為：下標s表示反應中某一成分：燃料或氧化劑分別為燃料和氧化劑的質(zhì)量相對濃度，n為反應級數(shù)，ρ為混合物密度、§2-1-2阿累尼烏斯定律對燃料和氧化劑的反應，阿累尼烏斯93分子之間需要通過碰撞才能引起化學反應單位時間內(nèi)碰撞次數(shù)越多，反應速率越快不是所有的碰撞都會發(fā)生反應發(fā)生反應所需的臨界能量叫活化能

活化能越小，物質(zhì)的化合能力越強能量大于活化能的分子為活化分子活化分子間的碰撞可以發(fā)生反應

§2-1-2阿累尼烏斯定律分子碰撞理論分子之間需要通過碰撞才能引起化學反應活化能越小，物質(zhì)的化94在單位時間內(nèi)所有A分子與所有B分子的總碰撞次數(shù)為：對于氣相反應：

由分子碰撞理論可以推出：能量超過活化能的活化分子占分子總數(shù)的比值：§2-1-2阿累尼烏斯定律在單位時間內(nèi)所有A分子與所有B分子的總碰撞次數(shù)為：對于氣相反95反應速率：頻率因子K活化分子之間的有效碰撞次數(shù)為：§2-1-2阿累尼烏斯定律反應速率：頻率因子K活化分子之間的有效碰撞次數(shù)為：§2-1-96§2-1-3影響反應速率的因素§2-1-3影響反應速率的因素97§2-1-3影響反應速率的因素一、反應物質(zhì)的性質(zhì)對反應速率的影響飽和分子的活化能比較大，根與離子的反應活化能趨于0§2-1-3影響反應速率的因素一、反應物質(zhì)的性質(zhì)對反應速率98§2-1-3影響反應速率的因素二、溫度對反應速率的影響溫度升高，分子運動速度加快，碰撞能量超過活化能的部分增大，反應速度加快?！?-1-3影響反應速率的因素二、溫度對反應速率的影響溫99§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響100§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響一級反應：二級反應：§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響一級101§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響若以相對濃度計算反應速率：§2-1-3影響反應速率的因素三、壓力對反應速率的影響若以102§2-1-3影響反應速率的因素四、反應物質(zhì)成分的影響雙分子反應§2-1-3影響反應速率的因素四、反應物質(zhì)成分的影響雙分子103§2-1-4鏈鎖反應現(xiàn)象1、2、低溫時磷、乙醚的蒸氣氧化出現(xiàn)冷焰3、§2-1-4鏈鎖反應現(xiàn)象1、104§2-1-4鏈鎖反應定義一種在反應歷程中含有被稱為鏈載體的低濃度活性中間產(chǎn)物的反應，這種鏈載體參加到反應的循環(huán)中，并且它在每次循環(huán)之后都重新生成。

鏈載體：自由基、離子等§2-1-4鏈鎖反應定義一種在反應歷程中含有被稱為鏈載105§2-1-4鏈鎖反應過程鏈的形成鏈的增長鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應過程鏈的形成106§2-1-4鏈鎖反應鏈的形成：由原物質(zhì)生成活性中心的過程。此過程一般藉光化作用、高能電磁輻射或微量活性物質(zhì)的引入等。鏈的增長：活性中間產(chǎn)物與原物質(zhì)作用產(chǎn)生新的活性中間產(chǎn)物的過程。鏈的增長可以是直線、不分枝式，也可以是分枝式不分枝鏈鎖反應分枝鏈鎖反應§2-1-4鏈鎖反應鏈的形成：由原物質(zhì)生成活性中心的過107§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷：活性中間產(chǎn)物消失或失去活性的過程。1、兩個自由原子（活性中心）碰撞后組成一個正常分子2、自由原子與分子碰撞后失去能量3、自由原子與器壁碰撞后失去能量§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷：活性中間產(chǎn)物消失或失去活性的108§2-1-4鏈鎖反應一、不分枝鏈鎖反應氫與氯在光的作用下合成氯化氫：鏈的形成§2-1-4鏈鎖反應一、不分枝鏈鎖反應氫與氯在光的作用下合109§2-1-4鏈鎖反應鏈的增長§2-1-4鏈鎖反應鏈的增長110§2-1-4鏈鎖反應§2-1-4鏈鎖反應111§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應鏈的中斷112§2-1-4鏈鎖反應等溫條件下不分枝鏈鎖反應的反應速度：1、如果反應在初始時活性中間產(chǎn)物的濃度已達到離解平衡的數(shù)值（最大值），則反應速度將隨著反應物質(zhì)的濃度下降而減小。2、如果反應在初始時活性中間產(chǎn)物的濃度未達到平衡的最大值，則反應速度起初較小，而后隨著活性中間產(chǎn)物增多而加快，一直到濃度為平衡數(shù)值時，然后隨著反應物的消耗而減小?！?-1-4鏈鎖反應等溫條件下不分枝鏈鎖反應的反應速度：1113§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應氫的氧化學反應：鏈的形成§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應氫的氧化學114§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的增長§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的增長115§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應總的效果：§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應總的效果：116§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的中斷§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應鏈的中斷117§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應分枝鏈鎖反應的特點：1、反應隨著時間進展顯著地自行加速。2、有感應期存在。從開始反應到反應顯著加速的這段時間§2-1-4鏈鎖反應二、分枝鏈鎖反應－－爆炸反應分枝鏈鎖反118§2-2著火過程一切燃燒過程都分為兩個階段：著火、燃燒。著火是燃燒的準備階段。著火方式：（1）鏈鎖自燃（2）熱自燃（3）點燃（強迫著火）§2-2著火過程一切燃燒過程都分為兩個階段：著119§2-2著火過程一、熱自燃理論熱理論認為：著火是反應放熱因素和散熱因素相互作用的結(jié)果。

放熱＞散熱：著火成功放熱＜散熱：不成功§2-2著火過程一、熱自燃理論120§2-2著火過程二、閉口系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)分析法§2-2著火過程二、閉口系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)分析法121§2-2著火過程通過器壁的散熱量：ω-化學反應速率，V-體積q-熱值，系統(tǒng)的化學反應放熱量：α-對流換熱系數(shù)，A-表面積T-反應過程中溫度§2-2著火過程通過器壁的散熱量：ω-化學反應速率，V-體122§2-2著火過程系統(tǒng)本身升溫吸收熱量：系統(tǒng)的熱平衡方程：§2-2著火過程系統(tǒng)本身升溫吸收熱量：系統(tǒng)的熱平衡方程123§2-2著火過程取決于Exp(-E/RT)為T的線性函數(shù)，斜率初始值：T0§2-2著火過程取決于Exp(-E/RT)為T的線性函數(shù)，124§2-2著火過程改變α：改變P：§2-2著火過程改變α：改變P：125§2-2著火過程三、熱自燃特性1、著火溫度B點是釋熱曲線與散熱線的切點-----------------熱相等-----------------相切§2-2著火過程三、熱自燃特性B點是釋熱曲線與散熱線的切點126§2-2著火過程若E=40000kcal/kmol，T0=1000K時，TB-T0≈50＜＜T0，即：TB≈T0

這就是說在著火的情況下，自燃溫度在數(shù)量上與給定的環(huán)境溫度相差不多。在近似計算中不需測量真正的自燃溫度?！?-2著火過程若E=40000kcal/kmol，T0=127§2-2著火過程得謝苗諾夫方程：對于n=2的簡單反應，以TB＝T0和PB＝P0代入相切條件2、熱自燃特性§2-2著火過程得謝苗諾夫方程：對于n=2的簡單反應，以T128§2-2著火過程當燃料及外界條件給定時：截距斜率E/2R據(jù)此求出活化能§2-2著火過程當燃料及外界條件給定時：截距斜率E/2R據(jù)129§2-2著火過程（1）E↓或kn↑T0C↓（2）↑（即α↑或V↓）T0c↑（3）Pc↓Tc↑，Pc↑Tc↓（4）熱自燃有一定濃度界限§2-2著火過程（1）E↓或kn↑T0C↓（2）↑（即130§2-2著火過程自發(fā)著火區(qū)非自發(fā)著火區(qū)著火著火不著火不著火貧燃限富燃限富燃限貧燃限PB～TB界限PB=c，TB～xMTB=c，PB～xM§2-2著火過程自發(fā)著火區(qū)非自發(fā)著火區(qū)著火著火不著火不著火131§2-2著火過程四、著火感應期

由能量方程及放熱曲線和散熱曲線圖，可以定性畫出在不同初始溫度下的混氣溫度隨時間變化曲線：τⅠⅡⅢⅣ曲線Ⅰ：τi=∞曲線Ⅱ：放熱曲線與散熱曲線只有一個切點曲線Ⅲ：一開始就上凹，沒有拐點，感應期很短§2-2著火過程四、著火感應期由能量方程及放熱132§2-2著火過程感應期表達式：對于烴類燃料，反應級數(shù)近似為二級，有：壓力↓，溫度↓，感應期↑§2-2著火過程感應期表達式：對于烴類燃料，反應級數(shù)133§2-3均勻混氣的火焰?zhèn)鞑ヒ弧恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ヒ讶細馕慈細饣鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣燃囱娣宓姆ㄏ蛩俣龋ㄓ址Q正交速度）：1、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?-3均勻混氣的火焰?zhèn)鞑ヒ?、層流火焰?zhèn)鞑ヒ讶細馕慈細饣鹧?34層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：熱理論：認為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C理為從反應區(qū)到未燃區(qū)域的熱傳導（本文討論）擴散理論：認為來自反應區(qū)的鏈載體的逆向擴散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩鼐C合理論：認為熱的傳導和活性粒子的擴散對火焰?zhèn)鞑タ赡苡型戎匾挠绊?、火焰?zhèn)鞑C理層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：熱理論：認為控制火焰?zhèn)鞑サ?35將火焰鋒面可分為兩部分：反應區(qū)R－R預熱區(qū)P－P設：u0=un，則火焰鋒面駐定。3、火焰?zhèn)鞑ニ俣萓n將火焰鋒面可分為兩部分：反應區(qū)R－R預熱區(qū)P－P設：u0=136連續(xù)方程：P≈常數(shù)對于一維帶化學反應的定常層流流動，其基本方程為：

動量方程：能量方程：絕熱條件下，火焰的邊界條件為：連續(xù)方程：P≈常數(shù)對于一維帶化學反應的定常層流流動，其基本方137把火焰分成預熱區(qū)與反應區(qū)，在預熱區(qū)中忽略化學反應的影響，而在反應區(qū)中忽略能量方程中溫度的一階導數(shù)項。

分區(qū)近似解法：把火焰分成預熱區(qū)與反應區(qū)，在預熱區(qū)中忽略化學反應的影響，而在138(1)壓力的影響一般碳氫燃料燃燒過程的反應級數(shù)1.5～2，因此：即壓力對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊戄^小(v=0～0.25)4、影響層流火焰?zhèn)鞑サ囊蛩?1)壓力的影響一般碳氫燃料燃燒過程的反應級數(shù)1.5～2，因139(2)溫度的影響：溫度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?/p>

（C=1.5～2）

(2)溫度的影響：溫度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印＃–=1.5140(3)混氣成分的影響：存在一個最佳混氣成分，這時火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?。對每一種混氣，都存在一個火焰?zhèn)鞑サ臐舛冉缦?，當混氣太貧或太富時，火焰就不能傳播。

(3)混氣成分的影響：存在一個最佳混氣成分，這時火焰?zhèn)鞑ニ俣?41(4)混氣性質(zhì)的影響：導溫系數(shù)增加，活化能減少或火焰溫度增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆?/p>

氧濃度增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆?/p>

(4)混氣性質(zhì)的影響：導溫系數(shù)增加，活化能減少或火焰溫度增加142二、紊流火焰?zhèn)鞑ダ字Z數(shù)直管段中，Re＜2300時，層流混氣的流動為紊流時，Re＞3200時火焰為紊流火焰二、紊流火焰?zhèn)鞑ダ字Z數(shù)直管段中，Re＜2300時，層流混氣的1431、紊流的基本屬性描述紊流的運動速度為：—