考博燃烧学笔记

文字 V*$L;xbC|  
7.NOx的生成机理及其防治方法  (|fm6$  
1 NOx的生成机理 B 2.q3T  
现在对NOx生成的认识虽还没有达到十分充分的程度，但有以下几个比较合理，已被广泛认可的生成机理。按NOx中氮元素的来源，可以将NOx分为由空气中的氮生成和由燃料中的氮生成。由燃料中的氮生成的 NOx通常称为燃料型的NOx，而由空气中的氮生成的NOx又可以分为：热力型，快速型，N2O中间产物型和NNH型。下面分别介绍以上各种NOx生成机理。 Ti;Ijcq8  
DrvtH+e  
1.1 热力型 v)kEyX'K2d  
热力型又称Thermal机理或者为 Zeldovich 机理，是指空气中的氮气N2在高温的条件下，直接于氧气反应生成NO。其主要基元反应方程式为： j#6|V]l  
[1] mN5 8r"!J  
总包反应方程式为：         Vjm_F!S  
N2是由氮原子N彼此之间以三键结合的，由分子碰撞反应动力学原理，由O基元碰撞N2破坏 而直接生成NO，其概率是相当小的，即基元反应方程（1）的的活化能很大，所以该反应是热力型机理的主要控制反应。 A?"h@-~2  
  对于总包反应，其反应速度方程式为： QldzQ%4c\  
    （1.1.5）[2] Ei@M$Fd  
由该反应速度方程式可以看出：总包反应的活化能很大，对温度有很大的依赖性。一般来说，只有在温度大于1800K时，热力型NOx才大量的生成。基于这个原因，一般的煤粉锅炉的温度都控制在1800K以下，避免大量的热力型NOx的生成。 FkupO I  
g#K'6VK{  
1.2 快速型 i(wgB\9i4  
快速型又称Fenimore机理或者Prompt机理，指N基元与C或者CH基元反应生成氰化物，然后再转化为NO。由于该反应是在瞬间进行，对于一般的燃烧反应的时间在几秒量级，而快速型的反应时间在几十个毫秒的量级，所以称之为快速型NOx生成机理。其反应方程式为： B7-RU<n  
[1] [{<dbW\ 9  
由于快速型NOx的生成需要大量的C和CH基元，而这些基元都大量出现在燃料富足的燃烧区域，所以快速型NOx的产生也主要在这个区域内进行。一般来说，由快速型生成的NOx的量是很少的。 *Wb=WM-.  
w3D]
~&]  
1.3 N2O中间产物型 x@cN3
O  
在温度较低，富氧（ <0.8）条件下，该NOx生成机理起主要作用，其反应方程式为： e}cnX`B  
[1] s3lwu :4f  
氮气N2与O基元在有第三体（Third body）存在的条件下反应生成N2O，然后随着温度的升高N2O再被氧化为NO。 gS"Q=ZK"  
在低温条件下生成的N2O并不是都能转化为NO。在预混的甲烷气体燃烧过程中，N2O较早的生成燃烧初始区，后随着大量H和OH基元的出现，N2O被几乎完全还原成了N2。[3]因此，N2O作为NOx生成的中间产物必需有N2O的高温氧化过程。 JK~ m(oQ  
{rkn q_;0  
1.4 NNH型 af+}S9To  
NNH型NOx生成机理首先是由Bozzelli 和 Dean两个人提出的。该机理的反应方程式为： ._p""'Sa  
[4] GG'Sp53GE  
该机理的适用条件是在H2和CH4预混燃烧的下游区域。在该区域NO的生成速率明显高于用热力型机理解释的生成速率，由于燃料用的是H2和CH4，已排除了燃料型NOx的生成，而对于快速型和N2O中间产物型机理在该区域对生成NOx的贡献是很小的，因而提出该NOx生成机理――NNH型。 =!-5+I#e  
BSp$F WvT?  
1.5 燃料型 ? Ekq6uz\)  
燃料型机理是指燃料中含氮的化合物如喹啉（C9H7N）和吡啶（C5H6N）等有机物高温下释放出含氮原子的气体组分（主要指HCN和NH3）与氧结合生成NOx的过程。其反应过程如下： {B yn{?w  
燃料氮 ＋ O2       HCN + NH3 ?SUQk55w  
HCN +O       NO <e6=% 9  
NH3 + O       NO liNON  
qZG-Lh  
燃料中的有机氮先被氧化为HCN和NH3，然后HCN和NH3再被氧化为NOx。 zw:/!MS  
由于燃料中的有机氮的结合键能比空气中的 键能小，故燃料中的氮很易被氧气氧化成NO。燃料型NOx的生成开始于燃料挥发份的析出，在较低的温度下就能生成NO，随着温度的升高NO的量将逐渐增多。 S[@6Lp3q_  
GMF c K=  
8.点燃、自燃的数学表达 6hbEO-(  
x9`ZO<L$  
9.还有用比较简单的劳斯准则和奈氏准则算传递函数的稳定性、临界值和静态偏差

一，填充题 @c"yAy^t  
1，叙述下列流体或流动的定义（可用数学表达式） r|8V @.@i  
DM/hcY$MW  
（1）、恒定流动： __________________________________。 QBjY&(vY  
/2:Q6J  
（2）、不可压缩流体： __________________________________。 |\p5mh  
k <}I<Or  
（3）、有势流动：__________________________________。 ?HxS)Pqq  
JE%i-UVH+;  
（4）、自由旋涡流动：__________________________________。 @5*xw1B  
rH^/8|}&s  
（5）、强迫旋涡流动：__________________________________。 0XQ-   
3V!x?H$  
2，写出下列物理量的数学表达式： $ UmE  
r2)pAiTM*  
（1）、质点加速度（欧拉法）：__________________________________。 |=OpzCs  
{G]`1Q1DR  
（2）、流体微团的体积膨胀率：__________________________________。 S%
P3ek>3  
kBUufV
~  
（3）、流体的切向应力（与流速场的关系）：__________________________________。 q SCTFJ0  
c; d" XiA  
（4）、角转速向量：__________________________________。 up7x)w:  
IM|Se4;x  
（5）、欧拉数Eu 的表达式：__________________________________。 O^Dc&w  

_.hIv8V  
二，一盛有液体的的开口圆筒，设圆筒以等角速度ω绕其中心铅垂轴旋转。待运动稳定后，液体各质点与圆筒具有相同的角速度。将坐标系取在运动的容器上，坐标原点取在旋转轴与自由表面的交点上，z轴垂直向上。求稳定后圆筒中自由液体表面的方程（r为半径，g为重力加速度）。 >T$7{ ~  
^$?7H>=_ha  
三，一个测定水泵扬程的装置，已知吸水管直径为 200 mm (毫米)，压水管直径为 150 mm (毫米)，测得流量为：60 l/s (升/秒), 水泵进口真空表测得进口真空度为：4 m (米)水柱, 水泵出口压力表读数折算为：20 m (米) 水柱。两表连接的测压孔位置高差：h = 0.5 m (米)，问（1） 水泵此时的扬程 Hm 为多少？ （2）如果同时测得水泵的功率为：Np = 18.38 KW （千瓦）, 求水泵的效率。 %!W6<ioW  
]b!R-G!gV  
四，有一直径为15厘米的输油管，管长5米，管中要通过的流量为：0.18 立方米/秒，现用水来作模型试验，模型管径与原型一样，水温为10oC时，水的运动粘性系数为：0.0131 平方厘米/秒，而原型用油的运动粘性系数为：0.131 平方厘米/秒，问（1）水的模型流量应为多少才能达到相似，（2）若测得5米长模型输水管的两端的压强差为5 厘米，试求在100 米长的输油管两端的压强差应为多少？（用油柱高度表示） >cSi/a,L  
T=Ol`?5  
五，一根铸铁管的直径为: 20厘米，长度为: 200米，粗糙度为: 0.25毫米，通过流量为: 63 升/秒, 此时水温为10oC时，水的运动粘性系数为：0.0131 平方厘米/秒，求（1）雷诺数为多少？（2）相对粗糙度为多少？（3）若沿程水头损失系数为：0.022, 沿程水头损失为多少？ xQ_:]\EZ  
xg4T` ])  
六，一平面二维势流的复势W(z) 的表达式为： V=Ww>  
      W(z) ＝ Az2 HK=CP0H  
式中A为实数，求该二维势流的（1）流函数ψ方程和势函数φ方程（2）流动的复速度，及x和y方向的流速表达式（3）在第一象限流函数ψ的曲线。 ]VmzKA|h+  
CiHn;-b;  
七，平行于均匀来流，顺流放置的平板板面上的紊流边界层，来流流速为U，座标原点取在平板起始端。设平板的顺流方向为X座标，与平板垂直方向为Y座标。设平板边界层内的流动处于完全紊流区，假设边界层内紊流切应力   为常数， 即： vC s6#PR$  
            kz3?j<  
其中： 为边界层壁面切应力。 1'gKZB)TG7  
利用普朗特尔的混合长度理论，求边界层内完全紊流区沿X方向雷诺平均流速 的分布规律表达式。 knI*-  
I}I}K~se*  
八，由实验发现平板板面上的紊流边界层为分层结构，试论述该紊流边界层中各分层的名称，主要流动特征和典型的流速分布规律。 zT2F&y q  
{EZFx,@t  
九，由实验发现平板板面上的紊流边界层为分层结构，试论述该紊流边界层中各分层的名称，主要流动特征和典型的流速分布规律。 CAA tco5  
j P{:A9T\  
十，一个阀门会产生局部水头损失，如果把一个阀门折合成具有同一水头损失的管段，则这个管段长度叫该阀门的等效长度。试求阀门的等效长度L的表达式。

湍流尺度 g>d7%FFn}  
流动或宏观尺度的特征宽度 2D\x-!l/  
积分尺度或湍流宏观尺度 Ac*B[ywA3  
泰勒微尺度 3Qm t]q  
Kolmogorov微尺度