考博燃烧学笔记

文字 UkV{4*E  
7.NOx的生成机理及其防治方法 iv]*
HE  
1 NOx的生成机理 ;*_U)th  
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。 ,c\3b)ax  
STH?X] /  
1.1 热力型 sVJwe\!  
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： M<x W)R  
[1] rxJWU JMxK  
总包反应方程式为：         ;wkoQ8FD9  
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。 4,pSC  
  对于总包反应，其反应速度方程式为： drZ1D s  
    （1.1.5）[2] 3d0Yq  
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。
j,c8_;X!  
|p7k2wzN  
1.2 快速型 ,awp)@VG7  
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： <M4Qc12jP  
[1] ,wvzY7%  
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。 fm%1vM$[J  
^,.G<2Kx&  
1.3 N2O中间产物型 ird q51{G  
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： @94_'i7\  
[1] 4&c7^ 4w~  
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。 -UM5&R+o  
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。 &sRjs  
>{dj6Wo  
1.4 NNH型
S2jO  
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： )!!xvyc  
[4] *
 qLOr6  
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。 :%?\Wj5HW  
G1d!a6>  
1.5 燃料型 2@(Qd3N(  
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： ]c8O"4n n  
燃料氮 ＋ O2       HCN + NH3 r"MKkSEM  
HCN +O       NO m_7)r  
NH3 + O       NO `2Buf8|a,  
Us]Uy|j  
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。 h%Nbx:vKk  
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。 %0PZZl5b  
i8`&XGEd  
8.点燃、自燃的数学表达 >o\[?QvP  
L}&U%eD  
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

湍流尺度 ]FLuiC  
流动或宏观尺度的特征宽度 W39R)sra  
积分尺度或湍流宏观尺度 #; I8 aMb  
泰勒微尺度 ~>@Dn40  
Kolmogorov微尺度

一，填充题 [IxZweK  
1，叙述下列流体或流动的定义（可用数学表达式） m=2TzLVv  
l[^bo/  
（1）、恒定流动： __________________________________。 0Bn$C,-  
\z8TYx@  
（2）、不可压缩流体： __________________________________。 ;w?zmj<Dm  
||7r'Q  
（3）、有势流动：__________________________________。 Z{RgpVt  
(@`+ Le  
（4）、自由旋涡流动：__________________________________。 Tk/K7h^  
)zt*am;  
（5）、强迫旋涡流动：__________________________________。 Vm&fw".J  
lXm]1 *<  
2，写出下列物理量的数学表达式： }?>30+42:  
hdN3r{  
（1）、质点加速度（欧拉法）：__________________________________。 T:wd3^.CG  
&cDnZ3Q;  
（2）、流体微团的体积膨胀率：__________________________________。 u9m"{KnV  
k$o6~u 2&  
（3）、流体的切向应力（与流速场的关系）：__________________________________。 ~z>2`^Z"  
\I#2Mq?  
（4）、角转速向量：__________________________________。 Yk<?HNf  
V#w$|B\  
（5）、欧拉数Eu 的表达式：__________________________________。 IcPIOCmOc  
y"!+Fus9  
二，一盛有液体的的开口圆筒，设圆筒以等角速度ω绕其中心铅垂轴旋转。待运动稳定后，液体各质点与圆筒具有相同的角速度。将坐标系取在运动的容器上，坐标原点取在旋转轴与自由表面的交点上，z轴垂直向上。求稳定后圆筒中自由液体表面的方程（r为半径，g为重力加速度）。 ngEjbCV+  
sh}=#eb  
三，一个测定水泵扬程的装置，已知吸水管直径为 200 mm (毫米)，压水管直径为 150 mm (毫米)，测得流量为：60 l/s (升/秒), 水泵进口真空表测得进口真空度为：4 m (米)水柱, 水泵出口压力表读数折算为：20 m (米) 水柱。两表连接的测压孔位置高差：h = 0.5 m (米)，问（1） 水泵此时的扬程 Hm 为多少？ （2）如果同时测得水泵的功率为：Np = 18.38 KW （千瓦）, 求水泵的效率。 *8js{G0h  
(sO;etW  
四，有一直径为15厘米的输油管，管长5米，管中要通过的流量为：0.18 立方米/秒，现用水来作模型试验，模型管径与原型一样，水温为10oC时，水的运动粘性系数为：0.0131 平方厘米/秒，而原型用油的运动粘性系数为：0.131 平方厘米/秒，问（1）水的模型流量应为多少才能达到相似，（2）若测得5米长模型输水管的两端的压强差为5 厘米，试求在100 米长的输油管两端的压强差应为多少？（用油柱高度表示） r6 ,5&`&  
dB_\0?jJ-  
五，一根铸铁管的直径为: 20厘米，长度为: 200米，粗糙度为: 0.25毫米，通过流量为: 63 升/秒, 此时水温为10oC时，水的运动粘性系数为：0.0131 平方厘米/秒，求（1）雷诺数为多少？（2）相对粗糙度为多少？（3）若沿程水头损失系数为：0.022, 沿程水头损失为多少？ X,x{!  
=wU08}  
六，一平面二维势流的复势W(z) 的表达式为： /$WEO[o  
      W(z) ＝ Az2 Aq QArSu,  
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。 C#>c(-p>RC  
bPOehvK/  
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： 98Pt&C?-B  
            <G\q/!@_  
其中： 为边界层壁面切应力。 : B$ d  
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。 '`\\O:@C`  
JL`n12$m  
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。  ];Bh1  
HWFo9as""v  
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。 kVy%y"/  
E]6;nY?  
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。