《燃烧学》共三篇，从内容编排上分三个层次和七个章节展开。第一篇为学习燃烧学必须掌握的燃烧化学反应动力学和以动量、热量、质量传递为核心的燃烧空气动力学，这是燃烧学的理论基础；第二篇为燃烧科学内在的基本原理和规律，着重介绍燃料着火理论，气、油、煤燃烧过程特点；第三篇为启迪读者深入思考的几个热门科技命题：燃烧过程中NOx的生成和控制、催化燃烧，燃烧数值模拟及燃烧实验的相似原理和模化方法等。全书各章都附有思考题和习题，有些还附有参考答案和提示，以帮助读者理解和掌握书中的核心内容。《燃烧学》可作为高等学校动力工程与工程热物理学科本科生教材，也可作为燃烧科技领域的研究生和工程技术人员以及广大燃烧科学爱好者有益的参考书。

徐通模，1939年11月生，西安交通大学教授、博士生导师，国家级有突出贡献中青年专家。1961年7月毕业于西安交通大学动力机械制造系锅炉制造专业。近50年来.一直从事热能工程领域气固两相流及燃烧学科的教学和科研工作。主讲燃烧学、流体力学、锅炉原理、燃烧科学与技术的近代进展等本科及研究生课程。

前言

第一篇 燃烧基础

第一章 燃烧化学反应动力学基础

第一节 燃烧化学反应动力学概述

第二节 燃烧化学反应速率

一、浓度

二、化学反应速率

三、基元反应与总包反应

四、质量作用定律

五、反应级数

六、基元反应的化学反应速率

七、总包反应的化学反应速率

第三节 影响化学反应速率的因素

一、温度对化学反应速率的影响阿累尼乌斯定律

二、活化能丑对化学反应速率的影响

三、压力对化学反应速率的影响

四、反应物浓度和摩尔分数对化学反应速率的影响

五、催化作用对化学反应速率的影响

第四节 链式化学反应

一、链式反应的特点

二、不分支链式反应

三、分支链式反应

四、分支链式反应的孕育与爆炸特点

第五节 燃烧化学反应中的化学平衡

第六节 氮氧化物形成的化学反应机理

思考题和习题

参考文献

第二章 燃烧空气动力学基础——混合与传质

第一节 湍流的物理本质和数学描写

一、湍流脉动

二、湍流的数学描写——雷诺方程组

三、湍流附加应力的假定

第二节 动量、热量和质量传递的比拟

一、分子运动扩散和湍流运动扩散

二、热量交换和质量交换的比拟

第三节 湍流射流中的积分守恒条件

一、湍流自由射流的特性

二、伴随流射流中的积分守恒条件

三、自由射流的积分守恒条件

四、“三传”过程中普遍适用的二元微分方程组

第四节 湍流自由射流中的混合与传质

一、湍流自由射流轴心线上参数的变化规律

二、大温差不等温自由射流的湍流混合与传质

三、射流本身因燃烧而不断升温情况下的混合与传质

四、气．固（液）两相射流中的混合与传质

第五节 旋转射流中的混合与传质

一、旋转射流的特性

二、旋流强度及旋转射流的流动形式

三、各种旋流器旋流强度的计算

四、旋转射流的一些实验研究结果介绍

第六节 钝体射流中的混合与传质

一、钝体射流的流动结构

二、钝体射流的流动特性

第七节 平行与相交射流中的混合与传质

一、混合与传质的动力参数条件

二、平行射流

三、相交射流

四、横向射流

思考题和习题

参考文献

第二篇 燃烧原理

第三章 着火理论

第一节 着火的基本概念

一、着火过程

二、着火方式与机理

三、着火条件的数学描述

第二节 热自燃理论

一、热自燃条件

二、热自燃温度

三、热白燃界限

四、热自燃孕育期

第三节 链锁白燃理论

一、链锁自燃与热自燃

二、链锁自燃条件

三、链锁自燃孕育期

第四节 强迫点燃理论

一、强迫点燃与热自燃

二、强迫点燃方法

三、炽热物体点燃理论

第五节 燃烧热工况

一、零元系统的燃烧热工况

二、一元系统的燃烧热工况

思考题和习题

参考文献

第四章 气体燃料燃烧

第一节 火焰传播

一、火焰传播现象

二、正常火焰传播

第二节 正常火焰传播速度

一、正常火焰传播速度的理论求解及分析

二、正常火焰传播速度的主要影响因素

第三节 扩散火焰与预混火焰

一、燃烧方式与火焰结构

二、气体燃料的预混燃烧

三、气体燃料的扩散燃烧

第四节 火焰稳定的原理和方法

一、火焰稳定的基本条件

二、火焰稳定机理

三、高速气流中火焰的稳定

四、火焰稳定的主要方法

第五节 湍流燃烧火焰特点

一、湍流火焰传播的皱折表面燃烧理论

二、湍流火焰传播的容积燃烧理论

三、湍流扩散燃烧

思考题和习题

参考文献

第五章 液体燃料燃烧

第一节 液体燃料的特性

一、油类燃料特性

二、其他液体燃料

第二节 液体燃料的雾化

一、雾化过程及机理

二、喷嘴

三、液体燃料雾化性能

第三节 液滴的蒸发

一、液滴蒸发时的斯蒂芬流

二、相对静止环境中液滴的蒸发

三、强迫气流中液滴的蒸发

四、液滴群的蒸发

第四节 液滴燃烧

一、静止液滴的燃烧

二、强迫气流中液滴的燃烧

三、液滴群的燃烧

四、合理配风

思考题和习题

参考文献

第六章 煤的燃烧

第一节 煤的燃烧过程、特点及其热解

一、煤的燃烧过程

二、水分的蒸发过程及对燃烧的影响

三、煤的热解与挥发分的燃烧

四、煤粒的着火

五、煤粒燃烧的一些实验研究结果

六、影响煤粒着火的因素

七、焦炭的燃烧特性

第二节 碳燃烧化学反应的过程

一、碳燃烧化学反应的步骤

二、碳燃烧过程中的吸附和解吸

三、碳燃烧过程中的扩散

第三节 碳的动力燃烧与扩散燃烧

第四节 碳的燃烧化学反应

一、碳的品格结构

二、碳与氧的反应机理

三、碳和二氧化碳的反应机理

四、碳与水蒸气的反应

五、表面反应的碳球燃烧速率

六、二次反应对碳燃烧过程的影响

七、具有空间二次反应的碳球燃烧速率

第五节 多孔性碳球的燃烧

第六节 灰分对焦炭燃烧的影响

一、碳粒燃烧过程的物理模型

二、不同燃烧温度下灰分对燃烧的影响

三、灰分对焦炭燃烧的其他影响

第七节 煤粉燃烧

一、煤粉气流的输送与分配

二、煤粉气流的着火

三、旋转射流中煤粉的着火

四、直流射流中煤粉的着火

五、煤粉气流的燃尽过程

思考题和习题

参考文献

第三篇 燃烧科学技术的新发展

第七章 燃烧科学技术发展中的几个科学问题

第一节 氮氧化物的生成机理及燃烧控制

一、概述

二、煤燃烧过程中NOx的生成机理

三、煤燃烧过程中N0x的破坏机理

四、影响煤粉炉内Nox生成的因素

第二节 催化燃烧

一、催化燃烧控制NOx和CO生成的原理

二、典型催化燃烧室

三、催化燃烧催化剂的研究进展

第三节 燃烧过程的相似与模化

一、相似理论在燃烧过程中的应用

二、燃烧空气动力过程的物理模化

第四节 燃烧过程数值模拟

一、基本原理、算法与程序特点

二、数值模拟的结果

思考题和习题

参考文献 2100433B

测定燃烧热的方法一般分为定容和定压两种。根据热力学第一定律，定容燃烧热等于燃烧反应的内能变化ΔUc，定压燃烧热等于燃烧反应的焓变化 ΔH,式中Δn为燃烧反应中气相物质增加的摩尔数；R为气体常数；T为反应温度。

燃烧热与温度的关系可用基尔霍夫定律表示：

式中的下标p、V分别表示定压或定容过程;ΔC表示产物和反应物总热容之差。

燃烧热应指明相应的燃烧反应的热化学方程，其中反应物和产物都要标明它的状态，方程中的系数表示物质的摩尔数。按热力学规定，放热反应的热效应为负值。例如:H2(气，1大气压,25℃) 0.5O2(气,1大气压,25℃)=H2O(液，1大气压，25℃)，ΔH懢=-285.830±0.042千焦/摩尔。

热力学中采用标准态作为参考态。标准态的燃烧热用ΔH懢或ΔU懢表示。标准态的燃烧反应是一个理想的过程，其反应物和产物分别处在各自的热力学标准态（见标准热力学函数）。

由于燃烧反应比较完全，热效应大且副反应少，燃烧量热法准确度高，适用范围广。燃烧热主要用来求出物质的生成焓。在工业上，燃烧热值是煤、石油等能源的一个重要质量指标。

氧弹量热学 氧弹是一种耐压的金属密封容器，内部充入约30大气压的氧气。大多数有机物在弹中能迅速、完全地燃烧，生成二氧化碳和水以及其他产物。氧弹量热计从结构上可分为：①静止氧弹量热计，有环境等温和绝热跟踪两类，工业上用于热值的测定,精密度可达0.1%～0.2%。图1是研究用的仪器，精密度可达0.01%左右。②转动氧弹量热计，除氧弹转动装置外，其余和静止氧弹量热计类似（图2）。根据需要，弹内可以加入一些试剂与燃烧产物进一步反应。转动氧弹可以增加反应速率和加速气液平衡，得到确定的终态。例如，燃烧含氯化合物时，弹中加入三氧化二砷溶液，与燃烧产物氯发生反应，最后得到均匀的盐酸溶液。　在氧弹量热学中，视研究对象所含元素的不同，燃烧技术、产物分析和标准态更正都将不同。为了核对各类物质测试方法的可靠性，已分别推荐了一些燃烧热已准确测定过的试验物质。

燃烧量热学氧火焰量热学

分为连续气流和不连续气流两类，研究所用仪器的精密度约为0.01%，除燃烧室和供气系统外,其余与氧弹量热计类似。图3为燃烧室示意图，气体或蒸气（用氩气作载气）燃料与氧气在燃烧室内混合后燃烧，产生平稳火焰。产物恒温后流出量热计，通过产物分析进行化学计量。量热计可用电能法或氢和氧燃烧反应来标定能当量。推荐的试验物质是甲烷。研究对象包括含碳、氢和碳、氢、氧的有机化合物。对含氮和氯的化合物研究得很少，主要困难是不易燃烧完全和不易得到完全确定的终态。

燃烧量热学氟弹量热学

一些物质在氧中燃烧不完全或生成物复杂，使测量不准确。如用氟（或其他卤素）代替氧作氧化剂，可以燃烧完全或形成单一含氟产物。但需要特别注意氟的腐蚀性和毒性。弹的结构有各种不同的设计，常分作单室的和双室的两种。双室氟弹适合于对氟敏感的物质，点火前把氟单独贮存在另一室中。对单室氟弹，建议用钨作试验物质，对双室氟弹建议用钨或硫作试验物质。研究对象有元素氟化物、元素氯（溴）化合物等。

燃烧量热学氟火焰量热学

包括用氟或具有反应活性的氟化物、卤素等代替氧的火焰量热学研究。燃烧室分为单相和双相结构两类。单相结构中反应物和产物都是气体。但当产物中有氟化氢生成时，由于它的非理想性和实际气体热焓的不准确性，带来较大误差。双相结构使气体产物通过水溶液进一步反应，以克服上述缺点。单相仪器可用电能法标定，双相仪器可用氢和氧的燃烧反应标定。研究对象有：①氢－卤素反应;②卤素－氢－水反应;③卤素间化合物；④卤素氧化物；⑤卤素氮化物等。

自动化和计算机的应用使量热工作比过去容易多了。当前燃烧量热学正继续向精密、准确和新化合物领域发展。在仪器方面，量热计小型化是一个发展动向，以便解决那些非常昂贵、难于合成或提纯、易于爆炸的化合物的测定。此外，为了避免搅拌水型结构的缺点，无液型量热计的研究也受到重视。在研究对象方面，当前对于含碳、氢、氧、氮的化合物已测得了大量的准确数据；对含硫和卤素的化合物，准确测定的方法已基本建立，但数据还有待积累。对其他化合物，特别是有机金属化合物的研究刚开始，许多重要的数据缺乏。目前影响测量准确性的困难仍然主要来自化学部分。应当指出，生成热数据除可用热化学实验测定外，原则上也可用量子化学计算。但除极简单的分子外，准确性都不如实验结果高。对于半经验的量子化学或分子力场计算来说，准确的量热结果始终是它们建立模型和检验结果的基础。2100433B