Государственный Комитет РФ по высшему и средне специальному образованию

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Черноуосов А. А.

ОСНОВЫ ФИЗИКИ ГОРЕНИЯ

Конспект лекций по курсу

для студентов направления 552700 – «Энергомашиностроение»

(дисциплина по выбору)

Уфа – 2001 г.

Содержание

Список обозначений и сокращений

Лекция 1. Введение.

Лекция 2. Термодинамические соотношения.

Лекция 3. Химическая кинетика газофазных реакций.

Лекция 4. Уравнения сохранения для потока смеси реагирующих газов.

Лекция 5. Ламинарное распространение пламени.

Лекция 6. Турбулентное горение.

Лекция 7. Горение гетерогенных (многофазных) смесей.

Лекция 8. Условия возникновения и распространения горения.

Лекция 9. Детонация.

Лекция 10. Токсичность продуктов сгорания.

Лекция 11. Способы совершенствования организации сгорания в ДВС.

Рекомендуемая литература.

Список обозначений и сокращений

Газовые смеси

_k – индекс (порядковый номер) компонента газовой смеси

K – количество компонентов

_i – индекс (порядковый номер) химической реакции

I – количество химических реакций

p_k, p – парциальное давление компонента и давление смеси, [Па]

_k,  – парциальная плотность и плотность смеси, [кг/м³]

T – абсолютная температура смеси, [K]

X_k – объемная (мольная) доля k-го компонента, [-]

[X_k] – мольная концентрация k-го компонента, [моль/м³]

Y_k – массовая доля k-го компонента, [-]

W_k, W – молярная масса k-го компонента и молярная масса смеси, [кг/моль]

R_k, R – газовая постоянная k-го компонента и смеси, [Дж/(кгK)]

R⁰ – универсальная газовая постоянная, R⁰ = 8,3142 Дж/(мольK)]

с_vk, c_v – удельная (массовая) теплоемкость k-го компонента и смеси при v=const [Дж/(кгK)]

c_pk, c_p – удельная (массовая) теплоемкость k-го компонента и смеси при p=const [Дж/(кгK)]

С_vk, С_v – мольная теплоемкость k-го компонента и смеси при v=const [Дж/(мольK)]

С_pk, С_p – мольная теплоемкость k-го компонента и смеси при p=const [Дж/(мольK)]

u_k, u – удельная внутренняя энергия k-го компонента и смеси [Дж/кг]

h_k, h – удельная энтальпия k-го компонента и смеси [Дж/кг]

H_k, H – мольная энтальпия k-го компонента и смеси [Дж/моль]

h_k0, h₀ – удельная энтальпия образования k-го компонента и смеси [Дж/кг]

Гидродинамика

x, y, z (или x_j, j=1,2,3) – оси прямоугольной системы координат, [м]

V – вектор среднемассовой скорости, [м/с]

V_dk – вектор диффузионной скорости k-го компонента, [м/с]

u, v, w (или _j j=1,2,3) – компоненты векторов скорости, [м/с]

E – полная удельная энергия, [Дж/кг]

 – коэффициент динамической вязкости смеси, [Пас]

П_ij, П^’_ij, – тензор напряжений и тензор вязких напряжений, [Па]

 – коэффициент теплопроводности смеси, [Вт/(мК)]

q – вектор плотности теплового потока, [Вт/м²]

D_k – коэффициент диффузии k-го компонента [м²/c]

D_mn – коэффициент бинарной диффузии для m-го и n-го компонентов [м²/c]

j_k – вектор плотности диффузионного потока k-го компонента, [кг/(м²с)]

g – ускорение массовой силы, [м/c²]

Pr – число Прандтля, [–]

Sc – число Шмидта, [–]

Le – число Льюиса [–].

Химическая кинетика

 – 1) показатель степени в степенной зависимости от температуры для А,

2) коэффициент избытка окислителя

₀ – стехиометрическое отношение, [кг окислителя / кг горючего]

k_f, k_b – константы скоростей прямой и обратной реакции, [зависит от типа реакции - ...]

К_с – константа равновесия в выражении через концентрации, [...]

К_p – константа равновесия в выражении через парциальные давления, [...]

A – предэкспоненциальнй множитель в формуле Аррениуса [...]

B – константа в степенной зависимости А от температуры [...]

E_a – энергия активации, [Дж/моль]

_ki – стехиометрический коэффициент k-го компонента в i-q реакции, _ki = ^’_ki - ’’_ki

^’_ki – стехиометрический коэффициент k-го компонента-реагента в i-q реакции

’’_ki – стехиометрический коэффициент k-го компонента-продукта в i-q реакции

q_i – скорость протекания i-й реакции [моль/(м³с)]

_ki – скорость образования k-го компонента в i-й реакции [моль/(м³с)]

Сокращения

с. с. – свежая смесь

п. с. – продукты сграния

З., Ф.-К., С. - Зельдович, Франк-Каменецкий, Семенов

Рекомендуемая литература

Литература фундаментального характера:

1. Щетинков Е. C. Физика горения газов. - М.: Наука, 1965. - 739 с.

2. Вильямс Ф. А. Теория горения. // Пер. с англ. М.: Наука, 1971. - 616 с.

3. Семенов Н. Н. Цепные реакции. - М.: Наука, 1986. - 535 с.

4. Зельдович Я. Б., Баренблатт Г. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980. - 478 с.

5. Зельдович Я. Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Наука, 1984. - 374 с.

Литература прикладного характера

1. Сполдинг Д. Б. Горение и массообмен. - М.: Машиностроение, 1985.

2. Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков. - M.: Мир, 1990 - 660 с.

3. Воинов А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. - М.: Машиностроение, 1977. - 277 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. // Под редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 c.

5. Рудой Б. П. Топливная экономичность ДВС. Учебное пособие. - Уфа: Изд. УАИ, 1985. - 80 с.

6. Свиридов Ю. Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. - Л.: Машиностроение, 1972. - 224 с.

7. Петриченко Р. М. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Учебное пособие. - Л.: Изд.-во ЛПИ, 1983. - 224 с.

8. Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

9. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени: пер с англ./ Ред. Н. А. Чигир. - М.: Машиностроение, 1981. - 407 c.

Литература справочного характера

1. Химия горения. // Под ред. У. Гардинера. М.: Мир, 1988. - 464 с.

2. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. // Под ред. акад. В. П. Глушко, Изд. АН СССР, 1962 г.

3. Kee R. J., Rupley F. M., Meeks E. CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical and Plasma Kinetics. // Sandia National Laboratories, SAND96-8216, 1996. - 168 p.