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燃烧仿真与实验技术：燃烧速度测量教程

1燃烧基础理论

1.1燃烧的定义与类型

燃烧是一种化学反应过程，通常涉及燃料与氧气的快速氧化反应，产生热

能和光能。这一过程在日常生活中极为常见，如火柴点燃、汽车引擎工作等。

燃烧可以分为以下几种类型：

均相燃烧：燃料和氧化剂在分子水平上完全混合，如气体燃烧。

非均相燃烧：燃料和氧化剂在不同相态下反应，如固体燃料燃烧。

扩散燃烧：燃料和氧化剂通过扩散混合，然后燃烧，常见于天然

气燃烧。

预混燃烧：燃料和氧化剂在燃烧前已经完全混合，如汽油引擎中

的燃烧。

1.2燃烧反应动力学

燃烧反应动力学研究燃烧反应的速率和机制。它涉及到化学反应的速率方

程、反应路径、活化能等概念。在燃烧过程中，反应速率受温度、压力、反应

物浓度和催化剂的影响。例如，温度升高会增加分子的平均动能，从而提高反

应速率。

1.2.1示例：Arrhenius方程

Arrhenius方程是描述化学反应速率与温度关系的基本方程。其形式为：

−

=

其中：-是反应速率常数。-是频率因子，与反应物分子碰撞的频率有

关。-是活化能，即反应物转化为产物所需的最小能量。-是理想气体常

数。-是绝对温度。

1.2.2Python代码示例

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#定义Arrhenius方程

defarrhenius(A,Ea,R,T):

计算Arrhenius方程的反应速率常数。

1

参数:

A:频率因子

Ea:活化能

R:理想气体常数

T:绝对温度

返回:

k:反应速率常数

k=A*np.exp(-Ea/(R*T))

returnk

#参数设置

A=1e10#频率因子

Ea=100#活化能(kJ/mol)

R=8.314#理想气体常数(J/(mol*K))

T=np.linspace(300,1500,100)#温度范围(K)

#计算反应速率常数

k=arrhenius(A,Ea,R,T)

#绘制反应速率常数与温度的关系图

plt.figure(figsize=(10,5))

plt.plot(T,k,label=Arrhenius方程)

plt.xlabel(温度(K))

plt.ylabel(反应速率常数(s^-1))

plt.title(Arrhenius方程示例)

plt.legend()

plt.show()

1.3燃烧速度的概念与重要性

燃烧速度是指单位时间内燃料燃烧的量，是燃烧过程中的关键参数。它受

到燃料性质、燃烧条件（如温度、压力）和燃烧环境的影响。燃烧速度的测量

对于理解燃烧过程、设计燃烧设备和预测燃烧产物至关重要。

1.3.1示例：层流燃烧速度

层流燃烧速度是指在层流条件下，火焰前沿推进的速度。它可以通过实验

测量，也可以通过理论模型预测。

1.3.2Python代码示例

假设我们有一个简单的模型，其中燃烧速度与温度成正比，与压力的平方

2

根成正比。我们可以使用以下代码来模拟不同温度和压力下的燃烧速度。

#定义燃烧速度模型

defburning_speed(T,P):

计算层流燃烧速度。

参数:

T:温度(K)

P:压力(atm)

返回:

s:燃烧速度(cm/s)

s=0.1*T*np.sqrt(P)

returns

#参数设置

T=np.linspace(300,1500,100)#温度范围(K)

P=np.linsp