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引言 1

符号表 1

第一章 化学热力学 1

1.热力学定律 3

1.1 热力学零定律 3

1.2 热力学第一定律(能量守恒定律) 4

1.3 热力学第二定律 4

2.状态方程 5

1.4 热力学第三定律 5

3.质量守恒 6

4.热力学第一定律：能量守恒 8

5.热力学第二定律 11

5.1 平衡热力学 11

5.2 非平衡热力学 13

6.平衡准则 21

7.原子成分的守恒 23

8.反应物分数的表示方法 25

9.标准生成热 30

11.键能和生成热 33

10.热化学定律 33

12.反应热 35

13.绝热火焰温度的计算 41

14.平衡常数 42

15.逸度和活度 56

16.碳氢化合物燃烧中复杂的分解反应 58

17.克劳修斯-克拉珀龙公式：相平衡 61

18.应用NASA-Lewis计算机程序计算复杂的化学平衡成分 67

18.1 假定条件与程序的功能 68

18.2 描述化学平衡的方程 69

18.2.2 最小吉布斯自由能 70

18.2.1 热力学方程 70

参考文献 74

第二章 化学动力学 75

1.化学反应速率及其影响因素 76

1.1 总的碰撞频率 77

1.2 阿仑尼乌斯方程 80

1.3 表观活化能 83

1.4 反应速率 84

2.各种级的单步化学反应 86

2.1 一级化学反应 86

2.2 二级化学反应 87

2.3 三级化学反应 89

3.串联反应 90

4.竞争性反应 91

5.逆反应 92

5.1 一级反应与一级反应的互逆 94

5.2 一级反应与二级反应的互逆 95

5.3 二级反应与二级反应的互逆 95

6.1 自由基 96

6.链反应 96

6.2 一级反应的林德曼理论 97

6.3 氢气-溴反应 100

7.链分枝爆炸 104

8.爆炸极限 106

8.1 H2-O2混合物 106

8.2 CO-O2混合物 110

9.求解要复杂化学动力学问题的现代方法 111

9.1 求解常微分方程组的程序 111

9.1.2 常见的误差类型 112

9.1.3 方程组刚性的原因 112

9.1.1 时间常数的定义 112

9.1.4 隐式和显式的数值解法 113

9.1.5 求解常微分方程常用程序的特点 114

9.2 求解偏微分方程的程序 114

参考文献 115

第三章 多组分反应系统的守恒方程 116

1.浓度、速度和质量通量的定义 116

2.费克扩散定律 118

3.低密度气体中浓度扩散的理论 119

4.连续方程 121

5.1 用应力表示的动量方程 127

5.动量守恒 127

5.1.1 微元颗粒法 128

5.1.2 微元控制容积法 132

5.1.3 有限控制容积法 133

5.2 应力应变率关系(本构关系) 135

5.2.1 应变率 136

5.2.2 应力 138

5.3 纳维尔-斯托克斯方程 141

6.能量守恒 156

7.多组分扩散方程的物理推导 166

8.多组分系统中其他必要的方程 170

9.多组分系统的求解 171

10.施凡伯-泽尔多维奇公式 172

11.输运系数之间的无量纲比值 176

12.界面上的边界条件 177

参考文献 184

第四章 预混气的爆震波和缓燃波 185

1.爆震波和缓燃波的定性区别 185

2.雨果尼奥曲线 187

3.雨果尼奥曲线的性质 191

3.1 在雨果尼奥曲线上熵的分布 196

3.2 爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较 198

4.查普曼-焦格特爆震波速度的确定 205

4.1 试凑法 205

4.2 牛顿-雷夫森迭代法 208

4.3 爆震波速度的计算值与实验数据的比较 213

5.爆震波的结构 215

5.1 一维爆震波结构 215

5.2 多维的爆震波结构 217

6. 可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理 220

7.可爆震性和化学动力学：爆震极限 224

参考文献 231

第五章 层流预混火焰 234

1.引言 234

2.热理论(梅拉德和莱查特列的发展) 236

3.综合性理论(泽尔多维奇、弗兰克-卡曼湟茨基和谢苗诺夫的理论) 238

4.扩散理论(坦主德和皮斯的理论) 246

5.求解层流火焰问题的现代方法 250

6.1.2 燃料分子结构的影响 257

6.1.1 混合比的影响 257

6.1 化学参数 257

6.化学和物理参数对火焰传播速度的影响 257

6.1.3 添加剂的影响 260

6.2 物理参数 260

6.2.1 压力的影响 260

6.2.2 初始温度的影响 261

6.2.3 火焰温度的影响 262

6.2.4 热扩散系数和比热的影响 262

7.火焰传播速度的测量方法 263

7.1 本生灯方法 264

7.2 透明管方法 266

7.3 等容高压弹方法 267

7.4 肥皂泡(等压燃烧弹)方法 268

7.5 粒子示踪法 269

7.6 平焰燃烧器方法 270

8.火焰在层流气流中驻定的原理 271

9.火焰淬熄 274

10.层流顶混火焰的传播极限 277

10.1 用标准玻璃管测定的火焰传播极限 278

10.2 压力和温度对火焰传播极限的影响 278

10.3 火焰传播极限和火焰淬熄的斯波尔丁理论 280

参考文献 290

第六章 气体扩散火焰和燃料液滴的燃烧 293

1.层流扩散火焰的伯克和舒曼理论 293

1.1 基本假定和求解方法 299

1.2 火焰的形状和高度 301

2.燃料射流的唯象分析 302

3.层流扩散火焰射流 305

3.1 层流射流的混合 306

3.2 有化学反应的层流射流 312

4.静止介质中单滴燃料的燃烧 317

4.1 单个燃料液滴的蒸发 321

4.2 燃料单滴的质量燃烧速率 326

5.气流中的燃料液滴 330

6.在静止介质中液滴的超临界燃烧 331

7.内部回流对液滴蒸发速率的影响 336

参考文献 342

第七章 湍流火焰 343

1.引言 343

2.湍流火焰的唯象方法 346

3.湍流的基本概念 348

3.1 时间平均和质量加权平均 349

3.2 时间平均值和质量加权平均值之间的关系 356

3.3 质量加权平均的守恒方程和输运方程 358

3.3.1 连续方程和动量方程 358

3.3.2 能量方程 359

3.3.3 平均动能的方程 360

3.3.4 雷诺应力的输运方程 360

3.3.5 湍流动能方程 362

3.3.6 组分守恒方程 362

3.4 涡量对湍流火焰的影响 363

4.几率密度函数在湍流燃烧问题中的应用 366

4.1.1 几率的定义 367

4.1 几率密度函数 367

4.1.2 分布函数 368

4.1.3 几率密度函数的定义 368

4.2 联合分布函数和联合几率密度函数 371

4.3 在湍流燃烧问题中采用的几率密度函数公式 372

4.3.1 混合物分数随时间成矩形波变化 373

4.3.2 截尾式正态分布 373

4.3.3 另一种形式的截尾式正态分布 374

4.3.6 t-分布 375

4.3.5 混合物分数与反应进度的联合pdf 375

4.3.4 β-几率密度函数 375

5.湍流模型 376

5.1 雷诺应力模型 377

5.2 双方程模型 377

6.间歇性和相干结构 379

6.1 间歇性 379

6.2 相干结构 382

7.非预混反应物的化学反应湍流(湍流扩散火焰) 383

7.1 守恒标量的方法 384

7.1.1 守恒标量、混合物分数和快速化学反应的假定 385

7.1.2 守恒标量的几率密度函数 391

7.1.3 化学反应速率和反应区的结构 393

7.1.4 扩散火焰中污染物的生成 396

7.2 双变量方法 397

7.2.1 杰尼卡和科尔曼模型 397

7.2.2 对第二个变量的化学产生项的封闭 398

7.2.3 比尔格的摄动分析 399

7.3 直接封闭方法 404

7.3.1 统计矩封闭方法 405

7.3.2 pdf封闭方法 406

7.4 求解几率密度函数输运方程的方法 408

7.4.1 几率密度函数的输运方程 408

7.4.2 湍流pdf方程的封闭问题 412

7.4.3 密度加权平均的单点联合几率密度函数的输运方程 413

7.5 ESCIMO理论 415

8.预混反应物的化学反应湍流 417

8.1 涡旋破碎模型 417

8.1.1 流体块的形成和相干性 418

8.1.3 假定R·是常数 419

8.1.4 假定S是常数 419

8.1.2 小尺度的火焰传播 419

8.1.5 年令谱 420

8.1.6 化学反应速率公式的分析 421

8.1.7 化学反应速率公式的讨论 422

8.2 伯雷和莫斯的统计模型 424

8.3 随机涡方法 434

9.湍流预混火焰中皱褶的特征尺度 439

9.1 纹影照相 440

9.2 皱褶层流火焰结构的观察 441

9.3 未燃气和已燃气中流体微团尺度的测定 442

9.4 皱褶的长度尺度 444

参考文献 446

第八章 在两相流中的燃烧 451

1.引言 451

2.液雾燃烧的装置 452

3.燃料的雾化 453

3.1 喷嘴的类型 453

3.2 雾化特性 454

4.液雾的统计特性 454

4.1 液滴特性 454

4.2 几率密度函数 455

4.2.1 对数几率密度函数 458

4.2.2 罗辛-雷姆拉几率密度函数 459

4.2.3 纽克亚马-特内索华的几率密度函数 459

4.2.4 麦吉尔和埃文斯有上限的几率密度函数 460

4.3 几率密度函数的输运方程 461

4.4 液体燃料火箭发动机简化的液雾燃料模型 462

5.液雾的燃烧特性 465

6.液雾燃烧模型的分类 474

6.1 经验公式 474

6.2 液滴轨迹模型 474

6.3 一维模型 475

6.4 搅拌反应器模型 476

6.5 局部均匀流(LHF)模型 477

6.6 两相流模型(分离流模型) 478

7.局部均匀流(LHF)模型 478

7.1 基本假定 479

7.2 状态方程 479

7.3 守恒方程 480

7.4 湍流输运方程 486

7.5 边界条件 487

7.6 求解步骤 488

7.7 LHF模型的计算结果与实验数据的比较 491

8.两相流模型 505

8.1 离散液滴模型 506

8.1.1 定数的离散液滴模型(DSF) 506

8.1.2 随机的离散液滴模型(SSF) 509

8.2 SSF和DSF模型计算结果的讨论 513

9.邱辉煌的雾群燃烧模型 519

9.1 雾群燃烧数 520

9.2 液雾火焰中颗粒群燃烧的机制 521

10.多相系统中连续介质力学方法 525

11.1 引言 532

11.流态化床中固体颗粒的燃烧 532

11.2 两相流体力学模型 534

11.2.1 气相的质量方程 535

11.2.2 固体相的质量方程 536

11.2.3 气相的动量方程 537

11.2.4 固体相的动量方程 539

11.2.5 气相的能量方程 541

11.2.6 固相的热传导方程 543

11.2.7 状态方程 545

11.2.8 在运动推进剂颗粒中燃烧过程中的边界条件 545

参考文献 547

第九章 有化学反应的边界层流动 554

1.引言 554

2.二维反应边界层流动的控制方程 557

3.边界条件 563

4.化学动力学 566

4.1 均相化学反应 566

4.2 非均相化学反应 569

5.有表面反应的层流边界层流动 572

5.1 控制方程和边界条件 572

5.2 变换成(ξ，η)坐标 573

5.3 控制方程去耦和自相似解的条件 576

5.4 表面反应的达姆科拉数 578

6.有气相反应的层流边界层流动 579

6.1 控制方程和坐标变换 579

6.2 气相反应中的达姆科拉数 581

6.3 在轴对称流动中的推广 583

7.有化学反应的湍流边界层 584

7.1 边界层的积分矩阵方法 584

7.1.1 通用的守恒方程 584

7.1.2 分子输运的参数 588

7.1.3 湍流的输运参数 593

7.1.4 状态方程 599

7.1.5 积分矩阵方法的求解步骤 599

7.1.6 BLIMP分析的限制条件 600

7.2 前进式积分方法 601

7.2.1 物理模型的说明 601

7.2.2 粘性区的守恒方程 601

7.2.3 气相化学反应的模型 603

7.2.4 非粘性区的控制方程 604

7.2.5 边界条件 605

7.2.6 k和ε的近壁处理 606

7.2.7 湍流模型中的常数 607

7.2.8 坐标变换和求解步骤 608

8.热反应气引起的金属烧蚀 611

9.火箭发动机石墨喷管的气动热化学侵蚀 620

10.湍流的壁火 631

10.1 阿梅德和法史的实验方法 633

10.2 阿梅德-法史公式的推导 635

10.3 壁火的试验结果 638

参考文献 645

1.引言 650

第十章 点火 650

2.点火激发与装置 652

3.自燃点火 652

3.1 热点火 653

3.2 各种参数对自发点火温度的影响 658

4.固体推进剂的点火 659

5.在流动空气流中燃料液雾的点火 669

5.1 萨巴劳和莱菲佛的实验装置和最小点火能量的概念 669

5.2 煤油液雾在流动空气中点火的实验结果 672

5.3 计党燃料液雾的淬熄距离和最小点火能量的蒸发模型 675

6.硼粒子的点火 682

7.固体燃料在高温氧化气流中的点火和火焰在固体燃料上的传播 695

7.1 试验研究 696

7.2 理论公式 699

7.2.1 基本假定 699

7.2.2 控制方程 700

7.2.3 边界和起始条件 701

7.2.4 变换成相似坐标 702

7.2.5 求解的方法 704

7.3 点火和火焰传播的计算结果 705

参考文献 709