考博燃烧学笔记

文字 W+I!q:p4H  
7.NOx的生成机理及其防治方法 Cio 1E-4  
1 NOx的生成机理 }T(D7|^R  
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。 }bb;~  
- YEZ]:"  
1.1 热力型 WlOmJtt4)  
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： )1?y 8_B  
[1] g];!&R-  
总包反应方程式为：         l!D}3jD  
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。 g|
o,uD  
  对于总包反应，其反应速度方程式为： qqjwJ!@P  
    （1.1.5）[2] 4>wP7`/+y  
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。 m+=] m_  
< $D`Z-6  
1.2 快速型 g@d*\ P)  
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： AP3a;4Z#  
[1] A7%)~z<  
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。 ^}RCoE  
t*p71U
4+I  
1.3 N2O中间产物型 34f?6K1c  
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： &sl0W-;0  
[1] z}.e]|b^H  
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。 !Z1@}`V&;  
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。 l5~os>  
R!HXhQ  
1.4 NNH型 v_yw@  
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： +5)nk}  
[4] W<'m:dq  
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。 \P[Y`LYL  
}H53~@WP>  
1.5 燃料型 HVRZ[Y<^  
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： -uS!\  
燃料氮 ＋ O2       HCN + NH3 `Gs9Xmc|  
HCN +O       NO H8=N@l  
NH3 + O       NO cTifC1Pf  
/'SNw?&  
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。 {qk1_yP  
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。 Lj({[H7D!  
x>K Or,f  
8.点燃、自燃的数学表达 KYm0@O>;  
 m!!/Za  
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 {lzWrUGO  
1，叙述下列流体或流动的定义（可用数学表达式）  4\N;2N  
1s&zMWC  
（1）、恒定流动： __________________________________。 /U*C\ xMm  
M] %?>G  
（2）、不可压缩流体： __________________________________。 3*XNV  
yxQ1`'[CR  
（3）、有势流动：__________________________________。 a5^]20
Fa  
$rBq"u=,0+  
（4）、自由旋涡流动：__________________________________。 Lg+Ac5y}`  
pU}(@oy  
（5）、强迫旋涡流动：__________________________________。 :pY/-Cgv  
Q8tL[>Xt  
2，写出下列物理量的数学表达式： H2 \;%
K 2  


nHAS(  
（1）、质点加速度（欧拉法）：__________________________________。 mDABH@R  
>8^ $ [}w  
（2）、流体微团的体积膨胀率：__________________________________。 4B1v4g 8}  
y2d CEmhY  
（3）、流体的切向应力（与流速场的关系）：__________________________________。 (t K||*
u  
z, )6"/;  
（4）、角转速向量：__________________________________。 }OR@~V{Gj  
]@c+]{  
（5）、欧拉数Eu 的表达式：__________________________________。 Y
UD`!C  
rQs )O<jl  
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）。 iRbT/cc{  
z+wA rPxc  
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。 -q1??u  
\BTODZ:h  
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） ?m}
s4a  
u(>^3PJ+  
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？ Vpz\.]  
wPd3F.<$  
六，一平面二维势流的复势W(z) 的表达式为： rdP[<Y9  
      W(z) ＝ Az2 Eqd<MY7  
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。 qZtzO2Mt  
QvlObEhcS  
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： qFCOUl  
            ?W?c1>  
其中： 为边界层壁面切应力。 |&
+o^  
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。 .\ULbN3Z  
yiXSYD  
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。 Wd
H$JTk1  
#4Rx]zW^%  
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。 ]___M  
J u!]&
G8  
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 r ,8 [O  
流动或宏观尺度的特征宽度 6RU~"C  
积分尺度或湍流宏观尺度 I3{PZhU.  
泰勒微尺度 \g`\`e53?  
Kolmogorov微尺度