燃燒理論之熱力學(xué)-化學(xué)耦合

燃燒理論GoodNews!我們系有2篇文章被32屆國(guó)際燃燒會(huì)議錄用！ZhuoJK,LiSQ,YaoQ.

7

pointHuangM.ZhangH,YueG.The33thInternationalSymposiumonCombustionAugustxx-xx,2010TsinghuaUniversity,Beijing,ChinaKatharinaKohse-HoeringhausStephenTseRutgers(清華一年)反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)與熱分析耦合

2007.4.16化學(xué)：熱學(xué)：內(nèi)容概述定壓、定質(zhì)量反應(yīng)器定容、定質(zhì)量反應(yīng)器全混流反應(yīng)器

(均勻攪拌)柱塞流反應(yīng)器（塞狀流）在燃燒系統(tǒng)模型中的應(yīng)用小結(jié)(1)概述第二章:反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)，只考慮了初始和最終的狀態(tài)。絕熱火焰溫度的概念來(lái)自于反應(yīng)物的初始狀態(tài)和產(chǎn)物的最終組成，由平衡來(lái)確定。確定絕熱火焰溫度不需要化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)任何實(shí)際系統(tǒng)存在著從初始的反應(yīng)物狀態(tài)到最終的產(chǎn)物的狀態(tài)的詳細(xì)演變過(guò)程，不管是處于化學(xué)平衡或未處于化學(xué)平衡。(想個(gè)例子)對(duì)幾種典型的原型熱力學(xué)系統(tǒng)建立第四章所述的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和基本守恒方程(能量)的聯(lián)立求解。Prototypicalsystem聯(lián)立求解目的：計(jì)算系統(tǒng)在從反應(yīng)物向生成物變化過(guò)程時(shí)系統(tǒng)的溫度和不同組分濃度隨時(shí)間的變化。本章分析盡可能地簡(jiǎn)單，不引入質(zhì)量擴(kuò)散的復(fù)雜性?；瘜W(xué)反應(yīng)生成率——單位體積內(nèi)單位時(shí)間物質(zhì)的量變化[Xi]對(duì)應(yīng)化學(xué)動(dòng)力學(xué);Yi對(duì)應(yīng)于包含流動(dòng)、擴(kuò)散等項(xiàng)的守恒方程物料進(jìn)入瞬間即與原有物料完全混合出口開(kāi)口體系閉口體系為什么采用簡(jiǎn)化反應(yīng)器的研究方法？有利于對(duì)基本的燃燒現(xiàn)象開(kāi)展時(shí)間尺度的理論分析

——實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析區(qū)別穩(wěn)定燃燒不穩(wěn)定燃燒1.燃燒的不穩(wěn)定性現(xiàn)象——全混流反應(yīng)器COMBUSTIONANDFLAME128:217–231(2002)全混流模型進(jìn)行分析MIT,Ghoniem教授Yamamoto,NALJ2.煤粉燃燒的標(biāo)準(zhǔn)化研究——基于柱塞流反應(yīng)器原型的拓展1.粉煤燃燒一維爐(Sandia、BYU、Utah和清華)2.CoalHenckenBurner國(guó)內(nèi)熊剛博士開(kāi)始開(kāi)展熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用?？紤]反應(yīng)物在含有活塞的汽缸中以相同的速度反應(yīng)。系統(tǒng)中不考慮溫度和組分在空間上的梯度，用一單個(gè)的溫度和單一組分的濃度來(lái)描述系統(tǒng)的演變。（此時(shí)考慮不考慮擴(kuò)散？）對(duì)于放熱的燃燒反應(yīng)，溫度和體積都隨時(shí)間增加，在反應(yīng)器的壁面上可以存在傳熱。(2)定壓,定質(zhì)量反應(yīng)器在下面，我們將導(dǎo)出一個(gè)一階常微分方程組，其解就描述了要求的溫度和組分的演化過(guò)程。首先寫(xiě)出一個(gè)定質(zhì)量的能量守恒方程的速度形式，有：應(yīng)用焓的定義，hu+Pv,并微分有假設(shè)對(duì)外的作功只在柱塞上的P-dv，定壓的條件所導(dǎo)致將方程6.2和6.3代入到方程6.1中，Pdv/dt項(xiàng)消去，有系統(tǒng)的焓可以用系統(tǒng)的化學(xué)組成來(lái)表示式中Ni

和hi

分別是組分i的摩爾數(shù)和摩爾焓。對(duì)方程6.5微分有假設(shè)是理想氣體，即，哪一項(xiàng)是化學(xué)反應(yīng)引起的變化；那一相是顯焓變化？式中，值從第四章所述的詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)來(lái)計(jì)算。將方程6.7-6.9代入到方程6.6,能量守恒的方程(方程6.4)在重新排列后變?yōu)椋?/p>

沒(méi)有任何疑問(wèn)？V一定時(shí)V變化時(shí)反證法多步反應(yīng)機(jī)制中每個(gè)組分化學(xué)反應(yīng)的凈產(chǎn)生率:的化學(xué)動(dòng)力學(xué)普遍表達(dá)式——第四章知識(shí)點(diǎn)j組分在i個(gè)反應(yīng)中例子4.3前面提及到，大氣中的氮形成氮氧化物的著名的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理是Zeldovich,或熱力機(jī)理試寫(xiě)出(體積V一定時(shí)）式中，我們采用下面的狀態(tài)熱量方程來(lái)計(jì)算焓值：從而得到一個(gè)所希望的關(guān)于系統(tǒng)溫度的方程：應(yīng)用質(zhì)量守恒和方程６.8中[Xi]的定義式，我們可以獲得體積的信息:由于化學(xué)反應(yīng)和體積變化，組分的摩爾濃度[Xi],隨時(shí)間變化，？或式中右手邊第一項(xiàng)是化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生項(xiàng)，第二項(xiàng)是由于體積變化的項(xiàng)。用理想氣體定律可以略去dV/dt項(xiàng)。并進(jìn)行微分對(duì)于定壓的情況，重新排列后有：試推導(dǎo)一下將方程6.9代入方程6.14b并將產(chǎn)生的結(jié)果代入到方程6.13b,重新排列后重到組分摩爾濃度變化速度的最終表達(dá)式:反應(yīng)器模型的小結(jié)簡(jiǎn)潔地表示，問(wèn)題是求下面方程的解：初始條件為:及(4)定容、定質(zhì)量反應(yīng)器守恒定律的應(yīng)用定容反應(yīng)器的能量守恒方程的應(yīng)用與定壓反應(yīng)器很相近，主要的不同點(diǎn)是沒(méi)有對(duì)外作功了，從方程6.1出發(fā),當(dāng)=0,第一定律的形式有下列形式：在目前的情況下，比內(nèi)能,u,現(xiàn)在與前面分析中的比焓,h,在數(shù)學(xué)上的形式相同，與方程6.5-6.7類似的表達(dá)式可認(rèn)發(fā)展并代入6.18式。這樣就有：對(duì)于理想氣體，注意到有,及,我們可以將式6.19表達(dá)為焓和定壓比熱的形式：在定容爆炸的問(wèn)題中，壓力隨時(shí)間的變化率是非常令人有興趣的。為了計(jì)算dP/dt,我們對(duì)理想氣體定律進(jìn)行微分，并令容積不變，則：和應(yīng)用[Xi]的定義和(參看方程6.8和6.9),方程6.12和6.22成為:及這就完成了對(duì)均勻的定容燃燒的簡(jiǎn)單分析工作。反應(yīng)器模型小結(jié)方程6.20可以與化學(xué)速度表達(dá)式一起進(jìn)行積分以求得T(t)和[Xi](t),即.,初始條件為和用方程6.11來(lái)計(jì)算需要的焓值，用方程6.23來(lái)計(jì)算壓力，另然需要用剛性方程來(lái)求解積分。例6.1在電火花點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)中,當(dāng)未燃的燃料-空氣混合物在火焰到達(dá)前先發(fā)出均相反應(yīng)，即發(fā)生自點(diǎn)火現(xiàn)象，就會(huì)發(fā)生振蕩（knock）。壓力升高的速度是確定振蕩強(qiáng)度和活塞爆裂破壞的傾向的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。圖6.2給出的是在電火花點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)中正常燃燒和爆震燃燒的壓力時(shí)間曲線。注意到在嚴(yán)重爆震時(shí)壓力的迅速上升。圖6.3表示了在正常燃燒和爆震燃燒下火焰?zhèn)鞑サ募y影照片(折射率的指標(biāo))對(duì)自動(dòng)點(diǎn)火過(guò)程建立一個(gè)定容的模型,來(lái)確定其溫度和燃料與產(chǎn)物濃度的時(shí)間變化過(guò)程。同時(shí)也要求一下dP/dt隨時(shí)間的變化規(guī)律.假設(shè)燃料－空氣混和物在未壓縮狀態(tài)的初始溫度為300K，壓力為1atm。將混和物壓縮到上止點(diǎn)，壓縮比為10：1。在壓縮前的初始體積為3.68*10-4m3,相應(yīng)是一個(gè)汽缸走過(guò)75mm的沖程。燃料是乙烷。Solution假設(shè)如下：一步總包動(dòng)力學(xué)過(guò)程，用乙烷的速度參數(shù)（參考表5.1）。燃料、空氣和產(chǎn)物有相同的摩爾重量；即燃料、空氣和產(chǎn)物的比熱相同，且恒定，即空氣和產(chǎn)物的生成焓為0；燃料的生成焓為4＊107J/kg。設(shè)空氣－燃料的化學(xué)當(dāng)量比為16.0，并將燃燒限制在化學(xué)當(dāng)量或貧焰情況下。00為什么？雖然模型預(yù)測(cè)了混合物在初始的緩慢燃燒后出現(xiàn)了爆燃，（可以在真實(shí)的爆震中觀察到）但是每一步的動(dòng)力學(xué)特性卻不能真實(shí)的反映自動(dòng)點(diǎn)火混和物的性質(zhì)。實(shí)際上，誘導(dǎo)期或者點(diǎn)火延遲是有中間產(chǎn)物來(lái)控制的，而這些中間產(chǎn)物會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行而轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物?；仡櫼幌碌谖逭陆o出的烴氧化的三個(gè)基本階段。光有總包反應(yīng)機(jī)理是不夠的，還需要用到深入細(xì)節(jié)的理論。研究者們正在研究誘導(dǎo)期的“低溫”動(dòng)力學(xué)特性[3]。對(duì)于引擎爆震的控制一直在被不斷的研究和改進(jìn)，目前，對(duì)于去除汽油中的鉛基抗爆劑又出臺(tái)了相關(guān)的法律規(guī)定，因此，爆震控制又一次引起了注意。研究思考？間歇反應(yīng)器——定壓-定質(zhì)量反應(yīng)器、定容-定質(zhì)量反應(yīng)器連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器：遇到了一個(gè)新的問(wèn)題？不同時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)物料之間混合問(wèn)題！(1)全混流反應(yīng)器——返混無(wú)窮大(2)柱塞流反應(yīng)器——返混為零根據(jù)補(bǔ)充文獻(xiàn)COMBUSTIONANDFLAME128:217–231(2002)：試推導(dǎo)并給出采用全混流反應(yīng)器分析燃燒動(dòng)力學(xué)的三個(gè)微分方程。課堂作業(yè)：MechETodayMass,motion,forces,energy,design,andmanufacturing-thesecomprisetheworldofmechanicalengineering.MechE'soriginstracebacktotheendoftheAmericanCivilWar,in1865.Itsearliestareasoffocusincludedextensiveprogramsinpowerengineeringandsteamenginesforbothtransportationandfixeduse.Itinnovatedtheuseoflabsubjects,givingstudentstheopportunitytoapplymethodologytocurrentengineeringproblemswithhands-onlabwork.Centerfor21st-CenturyEnergyCryogenicEngineeringLabElectrochemicalEnergyLabFuelCellLaboratoryPappalardoUGTeachinglabsReactingGasDynamicsLaboratorySloanAutomotiveLaboratoryW.M.RohsenowHeatandMassTransferLaboratoryEnergyScience&EngineeringLabsMIT機(jī)械工程的歷史和現(xiàn)在Stanford機(jī)械工程的分類PersonalPoints:咱們熱能人除了守住能源中燃燒和傳熱，更應(yīng)結(jié)合多相流動(dòng)和多相傳輸進(jìn)入Multi-scale學(xué)科，也就是微納傳輸學(xué)科。MechanicalEngineeringisanexcitingsubjectAsamechanicalengineeryoucanhelpsolvesomeoftheworld’smostpressingissues.Energyandhealthengineeringarejusttwoexamplesfromalonglistofchallengesfacingoursociety.Disciplines

學(xué)科范圍ControlsandDynamics

Design

Fluids

Mechanics

Materials

ThermalSciencesandCombustionFocusAreas

行業(yè)領(lǐng)域Bioengineering

Computation

EnergyandEnvironmentManufacturing

MEMSandNANO

Mechatronics

OceanEngineering

Berkeley機(jī)械工程的范圍Atthebeginningofthe20thcentury,mechanicalengineersdesignedandworkedwithlargerotatingmachines.Today,ourworkspansallareasofenergyproductionandtransfer,

aswellasthevastareaofsystemdesignandcontrol.可見(jiàn)能源專業(yè)(熱流學(xué)科)在ME學(xué)科中流砥柱的位置和作用！(5)全混流反應(yīng)器均勻攪拌或完全攪拌的全混流反應(yīng)器是一個(gè)返混無(wú)窮大的理想反應(yīng)器，如圖6.5所示.在實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)器中，用高速入口射流來(lái)逼近這一理想過(guò)程，用來(lái)研究燃燒的許多現(xiàn)象，如火焰穩(wěn)定和NOx形成等(圖6.6).全混流反應(yīng)器還被用來(lái)獲得總包反應(yīng)的參數(shù)值。此反應(yīng)器也叫Longwell反應(yīng)器。返混：不同時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的物料間的混合，如剛進(jìn)入的和已進(jìn)入的之間的混合。Longwell，MIT1918-2004,PresidentofcombustioninstituteExxon:32years;58歲回MIT創(chuàng)立energyLabFormationandcontrolofemissionfromcombustion.Well-stirredreactor:理解jetaircraftcombustor組分i在控制體內(nèi)質(zhì)量積累的速度組分i在控制體內(nèi)產(chǎn)生的速度組分i流入控制體的速度組分i流出控制體的速度守恒定律的應(yīng)用要導(dǎo)出全混流反應(yīng)器的方程，我們先來(lái)復(fù)習(xí)一下單個(gè)組分守恒的概念。在第3章，我們導(dǎo)出了對(duì)一個(gè)微分控制體中的組分守恒方程。下面來(lái)寫(xiě)出對(duì)一個(gè)積分控制體中任意組分i的質(zhì)量定恒方程(參考圖6.5)方程6.27與一般的連續(xù)性方程的差別在其產(chǎn)生項(xiàng)。此項(xiàng)是由于化學(xué)反應(yīng)從一種組分向另一種組分的轉(zhuǎn)變;正號(hào)表示組分的形成，負(fù)號(hào)表示反應(yīng)過(guò)程中組分消耗的速度。在反應(yīng)器中每個(gè)組分(i=1,2,….,N)寫(xiě)出其相應(yīng)適組分方程，這些方程總和即連續(xù)性方程任一組分的質(zhì)量產(chǎn)生率是與凈的物質(zhì)的量產(chǎn)生率相關(guān)，這在第四章中已經(jīng)導(dǎo)出。忽略任何擴(kuò)散流率，單個(gè)組分的質(zhì)量流率僅是總的質(zhì)量流率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的積：有擴(kuò)散時(shí)如何？將方程6.27應(yīng)用到均勻攪拌全混流反應(yīng)器中，假設(shè)在穩(wěn)態(tài)下操作，方程左邊的時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)就不用考慮了。按此假設(shè)，將方程6.29和6.30代入,方程6.27變?yōu)?進(jìn)一步，我們確定出口的質(zhì)量分?jǐn)?shù),Yi,out,是等于反應(yīng)器內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于在反應(yīng)器內(nèi)的組成任何地方都是相同的，控制體出口中的組分必須與內(nèi)部的相同。因而，組分的產(chǎn)生率的形式為：式中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾濃度的關(guān)系是：對(duì)每個(gè)組分寫(xiě)出方程6.31,提供了N個(gè)方程，有N+1個(gè)未知數(shù)，已知的參數(shù)為和V。為封閉方程組再次加入一個(gè)能量平衡方程。針對(duì)全混流反應(yīng)器的穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)定流動(dòng)的能量守恒方程(方程2.28)是式中，我們忽略了在動(dòng)能和勢(shì)能的變化。對(duì)方程6.34以每個(gè)組分的形式來(lái)寫(xiě)出有：式中，求解溫度,T,和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù),Yi,out,的方法與第二章所說(shuō)的求解平衡火焰溫度的計(jì)算方法相同；但現(xiàn)在的情況是，產(chǎn)物組成由化學(xué)動(dòng)力學(xué)所決定，而不是化學(xué)平衡所決定。停留時(shí)間尺度的理解在全混流反應(yīng)器的討論中，常常定義一個(gè)平均的反應(yīng)器內(nèi)氣體的停留時(shí)間：式中，混合物的密度可以用理想氣體定律來(lái)計(jì)算：反應(yīng)器模型小結(jié)因?yàn)槿炝鞣磻?yīng)器假設(shè)處于穩(wěn)態(tài)情況運(yùn)行，在數(shù)學(xué)模型中沒(méi)有時(shí)間相關(guān)項(xiàng)。描述反應(yīng)器的方程是一組耦合的非線性代性方程組。只與T

和Yi

相關(guān)而與時(shí)間無(wú)關(guān)。求解N+1個(gè)方程的方程組，可以用牛頓方程或其他方法來(lái)進(jìn)行。例6.2用在例6.1所述的熱力學(xué)和簡(jiǎn)單化學(xué)方法來(lái)導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)單的全混流反應(yīng)器(即：cp

和MW為相等并為常數(shù)，一步的總包反應(yīng)動(dòng)力學(xué))。用模型來(lái)求球型反應(yīng)器（80-mm-直徑）的吹熄特性，預(yù)混反應(yīng)物為C2H6-空氣)，入口的溫度為298K。在

1.0的條件下，作出一張圖來(lái)說(shuō)明吹熄時(shí)的當(dāng)量比與質(zhì)量流量的關(guān)系。假設(shè)反應(yīng)器是絕熱的。解注意到質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾濃度的關(guān)系為：總包反應(yīng)速度可以表達(dá)為：推一下！式中，m=0.1和n=1.65,因子0.233是O2

在氧化劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，混合物的分子量為：總包反應(yīng)速度系數(shù)，如例6.1所示的為：用方程6.31來(lái)寫(xiě)出燃料的組分守恒方程式有：如果用分子量相等的假設(shè)，并注意到

Yi=1:對(duì)氧化劑(空氣),對(duì)產(chǎn)物質(zhì)理分?jǐn)?shù)，可以寫(xiě)出我們最后的方程來(lái)自于方程6.35的模型結(jié)果：再用等比熱的假設(shè)就可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化：方程I-IV構(gòu)成了我們反應(yīng)器模型，包括四個(gè)未知參數(shù)YF,YOx,Ypr,

和T

及參數(shù).求反應(yīng)器的吹熄特性，我們來(lái)對(duì)一個(gè)足夠小的值求解這一組非線性的代數(shù)方程組(I-IV)，在燃燒在給定的當(dāng)量比下來(lái)進(jìn)行。接下來(lái)我們進(jìn)一步增加，直到我們無(wú)法獲得解或者甚至解與輸入值相當(dāng)。圖6.7表示了

=1.時(shí)的計(jì)算的結(jié)果。方程組的求解采用了通用牛頓方法。在圖6.7,我們發(fā)現(xiàn)在流量增加到吹熄條件時(shí)，燃料向產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化減少、溫度減少(>0.193kg/s).吹熄時(shí)溫度與絕熱火焰溫度的比為(1738K/2381K=0.73),

這一結(jié)果與文獻(xiàn)[5]的結(jié)果相當(dāng)。在不同的當(dāng)量比條件下重復(fù)計(jì)算，表明吹熄的燃料-空氣混合物條件變得更近貧燃條件(貧燃更易吹熄)。在圖6.8中的吹熄曲線與實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器和燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。注全混流反應(yīng)器理論和實(shí)驗(yàn)在1950年用于為燃?xì)廨啓C(jī)和ramjet噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高強(qiáng)度燃燒器的開(kāi)發(fā)。這一例子提供了一個(gè)很好的范例，如何將反應(yīng)器理論用于吹熄問(wèn)題的研究的。吹熄條件，加上一些安全余地，可以獲得一個(gè)連續(xù)流動(dòng)燃燒器的最大負(fù)荷。盡管全混流反應(yīng)器理論可以獲得吹熄的一些性能，其理論也可用于解釋火焰穩(wěn)定。2024/12/2076例6.3用下列的H2

燃燒詳細(xì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理以理解與研究一個(gè)絕熱，全混流反應(yīng)在1atm下的行為。反應(yīng)物流是一個(gè)化學(xué)當(dāng)量下的(=1)H2

和空氣的混合物，其溫度為298K,及短時(shí)（吹熄）極限。將溫度與H2O,H2,OH,O2,O,和NO摩爾分?jǐn)?shù)隨停留時(shí)間的變化規(guī)律。2024/12/2077Chemkin計(jì)算這個(gè)例題2024/12/2078例6.4(略掉)探究一下非平衡O原子是如何影響NO的形成的，考慮的反應(yīng)器是例6.3中所示的全混流反應(yīng)器。假設(shè)O原子，O2

和N2

是在反應(yīng)器溫度下在全動(dòng)力學(xué)條件下得到的平衡值。我們用例6.3中相應(yīng)的溫度和停留時(shí)間：在tR=1s時(shí)Tad=2378K在tR=0.1s時(shí)Tad=2366.3K及tR=0.01s下Tad=2298.5K。也假設(shè)N原子是在平衡狀態(tài)，NO的形成是由簡(jiǎn)單的Zeldovich鏈?zhǔn)椒磻?yīng)組所控制(第五章,方程N(yùn).1和N.2)解我們首先來(lái)對(duì)簡(jiǎn)化的模型列出公式。由于溫度及xO,xO2,和xN2

的平衡值是模型的輸入，我們僅需要寫(xiě)出NO組分的守恒方程(方程6.31):式中，YNO

是反應(yīng)器內(nèi)NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。重新排列上式，并將YNO

轉(zhuǎn)換為摩爾濃度(方程6A.3)有：或更簡(jiǎn)單有,現(xiàn)在我們只要簡(jiǎn)單地用Zeldovich機(jī)理來(lái)表達(dá)在方程I中的，表達(dá)可以用推測(cè)出的已知量來(lái)表示(T,[O2]e,[O]e)和未知量[NO].結(jié)果是只有一個(gè)未知量[NO]的復(fù)雜的超越方程。相應(yīng)地：對(duì)N原子，采用穩(wěn)態(tài)的假設(shè)我們得到：將此結(jié)果代入到[N]ss

回到我們的表達(dá)式有式中，要求解方程I得到[NO],需要知道[O2]e,[O]e,和[N2]e

的值。由于涉及幾個(gè)平衡的表達(dá)式，找到這些值是不容易的；但我們可以用TPEQuil(附錄F）來(lái)簡(jiǎn)單地獲得。盡管程序是用來(lái)處理典型的CxHyOz燃料的。x和y都不能為零，所以處理純H2似乎不可能。表對(duì)三個(gè)停留時(shí)間的迭代計(jì)算結(jié)果如下面所示，并與例6.3的全化學(xué)機(jī)理產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了比較。這些結(jié)果也在圖6.10中示出。注在停留時(shí)間減少到1秒以下后，動(dòng)力學(xué)導(dǎo)出的O原子濃度與相應(yīng)的平衡值之間有很大的差別。過(guò)平衡的O原子濃度導(dǎo)致了更大的NO的產(chǎn)生；例如，在tR=0.01s,完全化學(xué)動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的NO值是平衡O原子濃度的NO值的5倍。(6)柱塞流反應(yīng)器假設(shè)一個(gè)柱塞流反應(yīng)器是一個(gè)理想反應(yīng)器，有以下的屬性：1.穩(wěn)態(tài)且穩(wěn)定的流動(dòng)。2.在軸向沒(méi)有混合(返混)。這意味著在流動(dòng)方向上的分子和/或湍流擴(kuò)散可以忽略。返混為零?。。?.在垂直于流動(dòng)的方向上的參數(shù)是相同的，即是一維的流動(dòng)。這意味著在任一橫截面上，單一的速度、溫度和組分等就完全代表了流動(dòng)的特性。4.理想的無(wú)摩擦流動(dòng)。這一假設(shè)可以用簡(jiǎn)單的歐拉方程來(lái)關(guān)聯(lián)速度和壓力。5.理想氣體的特性。這假設(shè)可以用簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)式來(lái)關(guān)聯(lián)T,P,,Yi,和

h守恒方程的應(yīng)用我們的目標(biāo)是導(dǎo)了同一組一維的常微分方程組來(lái)求解反應(yīng)器的流動(dòng)特性，包括組分等作為距離,x的函數(shù)。其幾何圖形和座標(biāo)如圖6.11的上半部分所表示。表6.1列出了一個(gè)包括物理與化學(xué)原理的概況，形成了6+2N

個(gè)方程及相同量的未知數(shù)和函數(shù)。(2N+6)個(gè)方程→(N+2)個(gè)方程面積函數(shù)A(x)是反應(yīng)器的截面積隨x變化的函數(shù);這些，我們的模型可以表示一個(gè)噴嘴，或一個(gè)擴(kuò)散器，或任何一個(gè)一維的幾何變化的圖形，而不一定是如圖6.22上部的圖所述的常截面積的圖形。熱流函數(shù)，盡管顯然表明其壁面熱流是已知的，但也表明熱流可以用一個(gè)恒定的壁面溫度分布來(lái)計(jì)算。參見(jiàn)如圖6.11所示的流率和控制