Химическая физика горения

Программа курса

Вводная лекция. История изучения процессов горения и современное состояние исследований.
Термодинамика

Программа курса

Численное моделирование многокомпонентных реагирующих газовых потоков с применением многостадийных механизмов

Горение – это сложный физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗНАНИЙ О ГОРЕНИИ

люди начали пользоваться огнем для обогрева

Порох – Китай, Япония - IX век

Огню отводилось значительное место в ранних мифах и легендах, например, в

Огонь — наиболее динамичная, изменчивая из всех стихий, первоначало мира, в

Одна из первых теорий, объясняющих сущность процесса горения - теория флогистона.

Роберт Бойль считал, что при нагревании металлов «огненная материя» соединяется с

Ломоносов М.В. 1711-1765

Антуа́н Лора́н Лавуазье́
1743-1794

Закон сохранения массы вещества (Ломоносов -1756

Майкл Фарадей 1791 - 1867

История свечи (1861)

Ро́берт Ха́тчингс Го́ддард (1882—1945 ) один из пионеров современной ракетной техники

Разработка в России ракет ГИРД-9 и ГИРД-10, первый запуск 17 августа

Никола́й Никола́евич Семёнов (1896-1986), единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии

Зельдо́вич Я́ков Бори́сович (1914-1987)

Установление связи между скоростью распространения пламени

Основные области применения горения

Тепловые электростанции на горении угля, жидкого топлива.
Печи

В настоящее время горение является основным источником энергии.
Более 85% потребляемой

.

.

Pathway to soot particles and fullerenes

Young soot particle

Aromere

.

Классификация проблем горения.

Процедуры разработки теоретической модели

1. Укажи общие цели модели
2. Разработай физическую модель,

Основные соотношения в теории горения

Сохранение масс. Химическую реакцию можно записать

Массовый баланс для одностадийной реакции

.

где Wi – молекулярный вес i-й компоненты

индекс st соответствует стехиометрической реакции, например: CH4 + 2O2 → CO2 +

СТАНДАРТНЫЕ ТЕПЛОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ

Вещество ΔНf0 ккал/моль
Атом кислорода О (г)

Теплота реакции

Рассмотрим реакцию
Теплота реакции при стандартных условиях при температуре Т0:
Во

.

Используя (х), (хх), а также приняв р = 1 атм.,

.

А

В

Равновесное состояние А, исходные вещества

Координата реакции

Равновесное состояние В, продукты реакции

ΔHr,T1

Т1

ΔНпродуктов

Т2

ΔHr, T2

Т

ΔНисх.

Пример 1. Найти теплоту реакции окисления этана С2Н6.
С2Н6 + 3,5O2

Решение. Уравнения сохранения элементов:
С:
O: 15(0,21∙2) =
N: 15(0,79∙2) =
H:
Решая эти уравнения, получим значения

УЧЕТ ДИССОЦИАЦИИ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ
Приведенный выше метод вычисления приемлем только, если Тf

Химический состав системы в равновесии

Рассмотрим обратимую реакцию:

При условии, что все компоненты

По определению, свободная энергия Гиббса:
G ≡ H - TS
В химических процессах

Существует соотношение, связывающее изменение свободной энергии Гиббса в ходе химической реакции

Пример 3. Рассмотрим реакцию окисления метана при недостатке кислорода
CH4+1.5O2=CO+2H2O,
которая благодаря

(А)

Для химической реакции в адиабатической системе
CH4+1.5O2=(1-η)CO+(2- η)H2O+ η CO2+ η H2
Можно

Это выражение можно переписать для индивидуальных соединений:

(Б)