nCO2 1, nH2O 2, nN2 7.52
由热力学第一定律得
Hreac nihi H prod nihi
reac
prod
1
等压燃烧绝热火焰温度
-6-
Hreac 1 74,831 2 0 7.52 0
-1-
燃烧学概念及定义
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
-2-
1 化学恰当比 22 当油量气比比 3 当量比 4 余气系数 5 绝对焓和生成焓
0
引言
-3-
1
化学恰当比
-4-
考虑各种元素的质量守恒，一个化学反应可以写成如下形式：
iAi i'Ai
反应物
1 —— 化学恰当比混合物(stoichiometric ~)
2
1 —— 贫燃料混合物(lean mixture)
在燃烧室中，我们用其来表示实际燃油质量与实际空气按化学 恰当比燃烧所需理论燃油质量之比，其定义为
4
余气系数(过量空气系数)
-9-
余气系数α：燃烧室中实际空气质量与实际燃油按化学恰当比燃烧所需 理论空气质量之比，其定义为
H prod nihi Hreac ni hi
prod
reac
hi (T ) = 生成焓+显焓
T1， T2分别为反应初态
和反应终态的温度。
一般产物的组分指的是化学平衡时的组分，而它与产物本 身的温度有关。所以求解能量方程是一个反复迭代的过程。
1
等压燃烧绝热火焰温度
-5-
【例1】初始压力为1atm，初始温度为298K的甲烷和空气以化学计量比混合
后进行绝热等压燃烧，假设（1）“完全燃烧”，即产物中只有CO2，H2O
和 N2；（2）产物的焓用1200K（ 0.5Ti Tad , 其中Tad 假设为2100K）
的定比热估算。试确定该混合物的绝热等压燃烧火焰温度。
【解】混合物总体反应方程式：
CH4 2O2 3.76N2 CO2 2H2O 7.52N2
1
化学恰当比
-6-
空气-燃料化学恰当比（空 — 燃比）：化学恰当反应时消耗的空气—燃料质量 比。若以1kg燃料计，则为理论空气量L0。
L0
A ( F )st
(
mair m fuel
)st
4.76a 1
M r,a Mr, f
st－－stoichiometric
式中， Mr,a 、Mr, f 分别为空气和燃料的相对分子质量。
绝对 焓
生成焓与显焓 的总和
hs ,i
(Tref
)
hi
(T
)
h0 f ,i
(Tref
)
C p (T Tref ) C pT
5
绝对焓和生成焓
- 12 -
说明
1.参考状态一般选 Tref 298.15K ， pref p0 1 atm（标准状态）， 取参考状态的显焓为零；
2.在参考状态下，自然界存在的单质的生成焓等于零； 3.化合物的生成焓等于由单质化合生成该化合物时的热效应的负数。
则有： A1 Cx H y
1 1
1 0
A1A2 C xOH2 y
A3 N2
12 1a
32 3.7a6a
12 0 3230.76a
A3A4NC2O2
AA4 5CHO22O
式中 ：A5a Hx 2Oy 4
34 30.76a 5 0
34 3x.76a
5452y2yx
化学恰当反应：所有参加化学反应的反应物都按化学反应方程规定的比例完全燃烧的反应。
（1）若 （2）若
，表示燃烧后氧被用完，而油有富余，故称为富油。 ，表示燃烧后油被用完，而氧有富余，故称为富氧。
3
当量比（Equivalence ratio，dimensionless fuel/air）
-8-
当量比Φ ：定量地表示燃料和氧化剂的混合物的配比。
(F / A)
(F / A)st
1 —— 富燃料混合物(rich mixture)
A/F 1 ( A / F )st
m a m f L0
1 —— 富燃料混合物
1 —— 化学恰当比混合物
1 —— 贫燃料混合物
5
绝对焓和生成焓
- 10 -
绝对焓（标准焓）和生成焓 （1）反应的热效应 所有化学反应都伴随有能量的吸收或放。反应体系在等温条 件下进行某一化学反时，除膨胀功外，不做其他功，此时体 系吸收或者放出的热量。 （2）盖斯定律 化学反应的热效应只与化学反应 的起始状态和终结状态有关，与 中间变化过程无关，而热效应总 值不变；
- 13 -
Thank You
-1-
绝热火焰温度
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
-2-
1 等压燃烧条件下 2 等容燃烧条件下
0
引言
-3-
对给定的反应混合物及初始温度，如果知道产物气体组分，那么就 可以利用热力学第一定律计算燃烧产物的温度。
绝热火焰温度（Tad）
5
绝对焓和生成焓
- 11 -
上标“0”代表“标准态” （可读作“标准”），下角
标f代表“生成”(formation)
上标“—” 表示摩尔比焓
h0 f ,i
(Tref
)
hs,i (Tref )
hi (T )
生成 焓
与化学键（或无 键）相关的焓，
可查表获得
显焓
只与温度相关的 焓，可查表或通 过比热计算获得
当燃料和空气的初始状态，即燃料/空气比及温度一定时，绝热 过程燃烧产物所能达到的温度，这个温度成为绝热燃烧（火焰） 温度（最理想状态，最高温度）。
下面将讨论两种极限情况——等容燃烧和等压燃烧
1
等压燃烧绝热火焰温度
-4-
对等压绝热燃烧，初态与终态的总焓相等,第一定律可以 表示为：
H prod (T2 ) Hreac (T1)
化学恰当（化学当量）的特点： •在化学反应过程中，反应物能够全部消耗完毕 •燃料和空气的量的配比在化学当量时，燃烧强度最高 •对于一般的燃油反应，理论空气量在15左右
2
油气比
-7-
油气比：燃烧室中燃油和空气组成的混气中油与气的质量之比。
fБайду номын сангаас
m f m a
用 表示化学恰当油气比，可由燃料的化学反应计量方程计算出，
生成物
式中： Ai ——组分 i Aii（反应物i或Ai生成物）的化学元素符号；
ii、ii
——分别是组分 i在反应物和生成物中的化学
计量系数。
1
化学恰当比
-5-
对于碳氢燃料 CxH y 和空气的化学反应，上式可以写成
Cx H y a(O2 3.76 N2 ) xCO2 ( y / 2)H 2O 3.76aN2