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燃烧学核心知识与考题汇总

引言

燃烧，作为一种伴随有剧烈放热和发光现象的氧化还原反应，是人类文明进步的重要基石，从远古的钻木取火到现代能源动力系统的高效运行，燃烧学始终扮演着不可或缺的角色。本汇总旨在系统梳理燃烧学的核心知识体系，并辅以典型考题及解析思路，以期为相关领域的学习者和从业者提供一份既有理论深度又具实践指导意义的参考资料。本文力求内容的专业性与严谨性，结构清晰，重点突出，希望能助您扎实掌握燃烧学的精髓。

一、燃烧学核心知识

（一）燃烧的本质与条件

燃烧的本质是燃料与氧化剂之间发生的一种剧烈的、放热的、伴有发光现象的氧化还原化学反应。其发生和持续进行，通常需要满足“燃烧三要素”，即：

1.燃料（Fuel）：能够与氧化剂发生燃烧反应并释放能量的物质。按物态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。

2.氧化剂（Oxidizer）：支持燃烧的物质，最常见的是空气中的氧气。在某些特殊场合，其他物质如氯气、硝酸钾等也可作为氧化剂。

3.点火源（IgnitionSource）：能够提供足够的初始能量，使燃料和氧化剂的混合物达到其着火温度，从而引发燃烧反应的能源。

值得注意的是，现代燃烧理论有时会强调“燃烧四面体”的概念，即在三要素基础上增加了“链式反应”这一要素，以更准确地描述某些燃烧过程的持续机制。

（二）燃烧的物理化学过程

燃烧是物理过程与化学过程的综合作用结果。

1.物理过程：主要包括燃料的加热、蒸发（对于液体燃料）或热解（对于固体燃料和复杂液体燃料）、氧化剂与燃料的混合、以及燃烧产物的扩散和传热传质等。这些过程直接影响燃烧反应的速率和完全程度。

2.化学过程：核心是燃料与氧化剂之间的化学反应动力学。涉及化学反应速率、活化能、反应级数等概念。链式反应理论是解释燃烧反应机理的重要学说，其核心在于活性自由基（如H·,O·,OH·）的产生、增殖与销毁过程对反应速率的控制作用。

（三）火焰与燃烧现象

火焰是燃烧过程中最直观的表现形式，是由剧烈放热反应产生的高温发光区域。

1.火焰结构：典型的扩散火焰通常可分为预热区、反应区（火焰面）和产物区。预混火焰则有不同的结构特征。

2.火焰传播：可分为正常火焰传播和爆轰。正常火焰传播又分为层流火焰传播和湍流火焰传播。火焰传播速度是表征火焰传播特性的重要参数，受混合物成分、初始温度、压力、湍流度等多种因素影响。

3.预混燃烧与扩散燃烧：这是根据燃料与氧化剂在燃烧前是否混合均匀而划分的两种基本燃烧方式。预混燃烧中，燃料与氧化剂预先混合均匀，燃烧速度主要由化学反应动力学控制；扩散燃烧中，燃料与氧化剂边混合边燃烧，燃烧速度主要由扩散混合过程控制。二者在火焰形态、稳定性、燃烧效率等方面均有显著差异。

（四）燃烧的基本参数与定律

1.燃烧热（热值）：单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所释放的热量。分为高热值（生成水为液态）和低热值（生成水为气态）。

2.空气燃料比（A/F）与过量空气系数（α）：

*空气燃料比（A/F）：指燃烧时实际供给的空气质量与燃料质量之比。

*理论空气量：单位燃料完全燃烧所需的最低空气量（氧气量）。

*过量空气系数（α）：实际供给的空气量与理论空气量之比。α=1为理论混合气，α1为稀混合气，α1为浓混合气。α是衡量燃烧过程是否经济、完全的重要指标。

3.质量守恒定律与能量守恒定律：在燃烧系统分析中，这两大基本定律是进行物料衡算和热衡算的基础。通过它们可以计算燃烧所需空气量、生成烟气量、燃烧温度等重要参数。

（五）燃烧产物及其影响

燃烧产物主要包括完全燃烧产物（如CO?、H?O）和不完全燃烧产物（如CO、碳氢化合物、碳烟等）。此外，还可能因高温反应生成NOx、SOx等。

*不完全燃烧产物：不仅造成能源浪费，还可能危害人体健康和环境（如CO中毒、碳烟污染）。

*NOx和SOx：是主要的大气污染物，分别是酸雨和光化学烟雾的重要成因。了解其生成机理（热力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx）对于控制污染排放至关重要。

（六）燃烧设备与技术简介

燃烧设备种类繁多，但其核心均围绕着如何高效、稳定、清洁地组织燃烧过程。

*燃烧器：燃烧设备的核心部件，负责燃料与空气的混合与喷射，其性能直接影响燃烧效果。

*燃烧室/炉膛：提供燃料燃烧的空间，需要考虑热负荷、流场组织、传热等因素。

*典型燃烧技术：如层流燃烧、湍流燃烧、喷雾燃烧、流化床燃烧、催化燃烧、低氮燃烧技术等，各有其适用场景和技术特点。

二、考题汇总与解析思路

（一）简答题

1.题目：简述燃烧的必要条件和充分条件。如何利用燃烧条件进行灭火？

*解析思路：首先明确回答燃烧的三个基本必要条件（燃料、氧化剂、点火源）。充分条件可提及