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燃燒反應(yīng)動力學(xué)

燃燒反應(yīng)動力學(xué)

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2021-10-01
開本： 16開 頁數(shù)： 355
中 圖 價:¥132.7(7.9折) 定價  ¥168.0 登錄后可看到會員價
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燃燒反應(yīng)動力學(xué) 版權(quán)信息

燃燒反應(yīng)動力學(xué) 內(nèi)容簡介

燃燒反應(yīng)動力學(xué)主要關(guān)注燃燒體系中的反應(yīng)動力學(xué)問題，其目的是發(fā)展具有高預(yù)測性的燃料燃燒反應(yīng)機理，解釋復(fù)雜燃燒過程中的反應(yīng)動力學(xué)相關(guān)科學(xué)問題，并服務(wù)于動力裝置燃燒室的設(shè)計與優(yōu)化。本書基于作者在燃燒反應(yīng)動力學(xué)領(lǐng)域的長期研究經(jīng)驗，并參考國內(nèi)外同行的研究成果，旨在介紹燃燒反應(yīng)動力學(xué)實驗、理論計算及模擬相關(guān)基礎(chǔ)知識，并對各類燃料的燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究成果進行總結(jié)。本書首先介紹燃燒反應(yīng)動力學(xué)的基本概念，繼而對燃燒反應(yīng)動力學(xué)相關(guān)理論知識和研究中所涉及的實驗、理論計算及模擬方法進行了詳細(xì)介紹；其次，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)層級結(jié)構(gòu)關(guān)系和燃料的類型分別介紹了C0～C4基礎(chǔ)燃料機理、大分子碳?xì)淙剂戏磻?yīng)機理、含氧燃料反應(yīng)機理及含雜原子化合物反應(yīng)機理；很后，介紹燃燒污染物生成機理以及新型燃燒技術(shù)中的反應(yīng)動力學(xué)。 本書可作為燃燒學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)、動力裝置設(shè)計等領(lǐng)域研究人員的專業(yè)參考書，也可作為工程熱物理、動力丁程、物理化學(xué)、能源化學(xué)等學(xué)科高年級本科生和研究生的教材及教學(xué)參考書。

燃燒反應(yīng)動力學(xué) 目錄

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 燃燒反應(yīng)動力學(xué)簡介 1
1.2 燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究簡史 3
1.3 燃燒反應(yīng)動力學(xué)主要研究方法 5
參考文獻 7
第2章 化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)簡介 10
2.1 化學(xué)熱力學(xué)基本概念和定律 10
2.1.1 熱力學(xué)**定律、焓和熱容 10
2.1.2 熱力學(xué)第二定律、熵和熵增原理 12
2.1.3 吉布斯自由能和化學(xué)平衡常數(shù) 13
2.2 生成焓、燃燒熱和絕熱火焰溫度 14
2.3 反應(yīng)動力學(xué)的基本概念 16
2.3.1 單分子、雙分子和三分子反應(yīng) 16
2.3.2 速率常數(shù)表達(dá)形式 16
2.4 燃燒反應(yīng)機理層級結(jié)構(gòu)和反應(yīng)類 19
2.4.1 燃燒反應(yīng)機理層級結(jié)構(gòu) 19
2.4.2 反應(yīng)類和速率規(guī)則 22
參考文獻 23
第3章 燃燒反應(yīng)動力學(xué)實驗和診斷方法 25
3.1 理想反應(yīng)器和層流火焰 25
3.1.1 間歇反應(yīng)器 26
3.1.2 充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)器 27
3.1.3 活塞流反應(yīng)器 27
3.1.4 層流預(yù)混火焰 28
3.1.5 層流擴散火焰 31
3.2 燃燒組分診斷方法 34
3.2.1 光譜診斷方法 34
3.2.2 取樣分析法 37
參考文獻 42
第4章 燃燒反應(yīng)動力學(xué)理論與模擬方法 47
4.1 量子化學(xué)計算方法 47
4.1.1 基于波函數(shù)的從頭計算法 49
4.1.2 密度泛函理論 52
4.2 速率常數(shù)計算方法 55
4.2.1 過渡態(tài)理論 55
4.2.2 碰撞能量轉(zhuǎn)移 57
4.2.3 主方程 57
4.3 燃燒反應(yīng)動力學(xué)模擬方法 59
4.3.1 模擬軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)值計算方法 60
4.3.2 熱力學(xué)、動力學(xué)和輸運參數(shù) 61
4.3.3 主要實驗類型的模擬方法 63
4.3.4 模型分析方法 68
4.4 不確定性分析方法 71
4.4.1 不確定性來源 73
4.4.2 不確定性定量分析 74
4.4.3 反向不確定性分析 75
4.5 模型簡化方法 75
4.5.1 直接關(guān)系圖法 77
4.5.2 敏感性分析法 79
4.5.3 計算奇異攝動法 79
4.5.4 其他模型簡化方法 81
參考文獻 82
第5章 C0～C4基礎(chǔ)燃料反應(yīng)機理 85
5.1 氫氣機理 85
5.1.1 氫氣機理中的基元反應(yīng) 85
5.1.2 氫氣的自燃和爆炸理論 91
5.1.3 氫氣的預(yù)混燃燒 95
5.2 一氧化碳和合成氣機理 99
5.2.1 一氧化碳的燃燒反應(yīng)機理 99
5.2.2 合成氣的燃燒反應(yīng)機理 101
5.3 C1燃料機理 103
5.3.1 甲烷燃燒反應(yīng)機理 104
5.3.2 甲醇燃燒反應(yīng)機理 109
5.3.3 甲醛燃燒反應(yīng)機理 110
5.4 C2燃料機理 111
5.4.1 乙烷燃燒反應(yīng)機理 113
5.4.2 乙烯燃燒反應(yīng)機理 115
5.4.3 乙炔燃燒反應(yīng)機理 120
5.5 C3、C4燃料機理 121
5.5.1 丙烷燃燒反應(yīng)機理 121
5.5.2 丙烯燃燒反應(yīng)機理 123
5.5.3 丙二烯和丙炔燃燒反應(yīng)機理 125
5.5.4 丁烷燃燒反應(yīng)機理 126
5.5.5 丁烯燃燒反應(yīng)機理 128
5.5.6 丁二烯燃燒反應(yīng)機理 130
5.6 基礎(chǔ)燃料的燃燒反應(yīng)規(guī)律 131
參考文獻 133
第6章 大分子碳?xì)淙剂戏磻?yīng)機理 137
6.1 烷烴反應(yīng)機理 137
6.1.1 烷烴主要高溫反應(yīng)類 138
6.1.2 烷烴主要中低溫反應(yīng)類 141
6.1.3 烷烴燃燒反應(yīng)規(guī)律 144
6.2 環(huán)烷烴反應(yīng)機理 148
6.2.1 環(huán)烷烴化學(xué)特性 148
6.2.2 環(huán)烷烴分解反應(yīng)機理 151
6.2.3 環(huán)烷烴自由基反應(yīng)機理 154
6.2.4 環(huán)烷烴和烷烴燃燒特性比較 157
6.3 芳香烴反應(yīng)機理 158
6.3.1 苯和苯基反應(yīng)機理 159
6.3.2 甲苯和芐基反應(yīng)機理 162
6.3.3 乙基苯和苯乙烯反應(yīng)機理 167
6.3.4 長支鏈烷基苯反應(yīng)規(guī)律 170
6.3.5 多支鏈烷基苯反應(yīng)機理和反應(yīng)規(guī)律 173
6.3.6 芳香烴和烷烴燃燒特性比較 176
6.4 運輸模型燃料反應(yīng)機理 178
6.4.1 模型燃料構(gòu)建策略 179
6.4.2 汽油模型燃料 183
6.4.3 柴油模型燃料 184
6.4.4 煤油模型燃料 186
參考文獻 188
第7章 含氧燃料反應(yīng)機理 195
7.1 含氧燃料簡介 195
7.2 醇類燃料反應(yīng)機理 196
7.2.1 醇類燃料 196
7.2.2 醇類燃料燃燒反應(yīng)類 197
7.2.3 醇類燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律 199
7.3 酯類燃料反應(yīng)機理 202
7.3.1 酯類燃料 202
7.3.2 酯類燃料的燃燒反應(yīng)類 204
7.3.3 酯類燃料的燃燒反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律 206
7.4 醚類燃料反應(yīng)機理 207
7.4.1 醚類燃料 207
7.4.2 醚類燃料燃燒反應(yīng)類 207
7.4.3 醚類燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律 209
7.5 呋喃類燃料反應(yīng)機理 211
7.5.1 呋喃類燃料 211
7.5.2 呋喃類燃料燃燒反應(yīng)類 213
7.5.3 呋喃類燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律 215
7.6 醛酮類燃料反應(yīng)機理 217
7.6.1 醛酮類燃料 217
7.6.2 醛酮類燃料燃燒反應(yīng)類 218
7.6.3 醛酮類燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律 221
參考文獻 223
第8章 含氮、硫、鹵素化合物的燃燒反應(yīng)機理 228
8.1 含氮化合物的燃燒反應(yīng)機理 228
8.1.1 氨氣 229
8.1.2 肼類化合物 231
8.1.3 胺類化合物 233
8.1.4 硝基化合物 236
8.1.5 含氮雜環(huán)化合物 240
8.1.6 含氮化合物燃燒中氮元素轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律 243
8.2 含硫化合物反應(yīng)機理 244
8.2.1 硫化氫 245
8.2.2 二硫化碳 247
8.2.3 硫醚 249
8.2.4 硫醇 250
8.2.5 含硫雜環(huán)化合物 251
8.3 含鹵素化合物燃燒反應(yīng)機理 252
8.3.1 含氯化合物與H、O、OH的反應(yīng) 253
8.3.2 氯原子的反應(yīng) 255
8.3.3 氯氧化合物的反應(yīng) 257
參考文獻 259
第9章 燃燒污染物生成機理 265
9.1 燃燒污染物簡介 265
9.2 氮氧化物生成機理 266
9.2.1 熱力型NO生成機理 267
9.2.2 快速型NO生成機理 268
9.2.3 其他源于N2的NO生成機理 272
9.2.4 燃料型NO生成機理 273
9.2.5 NOx的原位控制方法 274
9.3 苯和多環(huán)芳烴的生成機理 277
9.3.1 苯的生成機理 278
9.3.2 多環(huán)芳烴的生成機理 280
9.4 碳煙生成機理 285
9.4.1 碳煙生成熱力學(xué)分析 286
9.4.2 碳煙的成核或初生 286
9.4.3 碳煙表面生長 288
9.4.4 碳煙顆粒的凝并和團聚 288
9.4.5 碳煙的氧化 289
9.5 其他污染物生成機理 292
參考文獻 293
第10章 新型燃燒技術(shù)中的反應(yīng)動力學(xué) 298
10.1 等離子體輔助燃燒中的反應(yīng)動力學(xué) 298
10.1.1 等離子體輔助燃燒原理 298
10.1.2 等離子體輔助點火機理 300
10.2 催化輔助燃燒中的反應(yīng)動力學(xué) 302
10.2.1 催化輔助燃燒 302
10.2.2 催化反應(yīng)動力學(xué) 303
10.2.3 微觀催化反應(yīng)動力學(xué) 310
10.2.4 平均場近似 311
10.2.5 表面反應(yīng)與熱力學(xué)一致性 313
10.3 廢氣再循環(huán)中的反應(yīng)動力學(xué) 315
10.4 其他燃燒技術(shù)中的反應(yīng)動力學(xué) 317
10.4.1 柔和燃燒 317
10.4.2 富氧燃燒 321
10.4.3 化學(xué)鏈燃燒 323
參考文獻 328
組分列表 331
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燃燒反應(yīng)動力學(xué) 節(jié)選

第1章 緒論 1.1 燃燒反應(yīng)動力學(xué)簡介 燃燒是人類*偉大的發(fā)現(xiàn)之一，也是人類*早開始擁有的重要技術(shù)之一。東方和西方社會流傳著許多關(guān)于火的神話故事和美麗傳說。在古希臘神話中，火是普羅米修斯從宙斯手中偷來贈送給人類的。在我國古代傳說中，燧人氏發(fā)明了鉆木取火技術(shù)，并教人用火烹煮食物，結(jié)束了遠(yuǎn)古人類茹毛飲血的歷史，從此戰(zhàn)勝黑暗和寒冷，開創(chuàng)了偉大的華夏文明。古人云“火燄蓬勃，久之乃息”，在世人的眼中，火焰象征著光明、溫暖、激情和希望，而事實上，它是自然界普遍存在的一種燃燒現(xiàn)象。 燃燒不僅出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷，也是人類文明和工業(yè)化進程的重要驅(qū)動力。從烹飪?nèi)∨桨l(fā)電運輸，從冶煉鍛造到國防軍工，燃燒技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人類的生活和生產(chǎn)活動中，促進了文明的進步和社會的發(fā)展。目前世界能源消耗總量中，天然氣、石化燃料(如汽油、柴油、航空煤油)、煤炭等化石燃料的燃燒占據(jù)了約85%的份額[1]。煤炭作為一種重要的固體燃料，其燃燒通常被應(yīng)用在火力發(fā)電中；天然氣和石化燃料的燃燒常常被應(yīng)用于交通運輸、日常生活和國防軍工等領(lǐng)域。隨著世界石油開采高峰的臨近，國際上一些經(jīng)濟學(xué)家提出了“后石油時代”的概念，為此各國正在積極尋找可再生替代能源。以生物燃料為代表的生物能源是當(dāng)前主要的替代能源之一，它具有可再生、低污染、儲量豐富等一系列優(yōu)點，一般可以通過生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、發(fā)酵精煉或生物合成氣的費-托合成來獲得。在石油資源日益消耗的今天，生物燃料作為汽油、柴油、航空煤油的添加劑和替代燃料受到了廣泛關(guān)注，其發(fā)展對于實現(xiàn)碳中和具有重要意義。 化石燃料的燃燒是一把雙刃劍。一方面，化石燃料提供了人類生活和社會發(fā)展必不可少的能源，另一方面，化石燃料的燃燒過程又產(chǎn)生了溫室氣體和大量污染物，對人類賴以生存的環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。溫室氣體的排放引發(fā)了全球變暖，在這種大環(huán)境下，我國在過去的一個世紀(jì)里平均氣溫增長了0.5～0.8℃。同時，燃燒產(chǎn)生的污染物導(dǎo)致日趨嚴(yán)重的環(huán)境惡化。特別是近年來，我國由顆粒物排放引發(fā)的霧霾天氣發(fā)生頻率之高、波及范圍之廣、污染程度之重前所未有，時刻威脅著國民的健康。另外，燃燒與發(fā)動機性能密切相關(guān)，現(xiàn)代發(fā)動機的發(fā)展趨勢是高性能、高效率和低污染，先進的發(fā)動機燃燒技術(shù)在保障國防安全和能源安全方面具有十分重要的作用。 燃燒本質(zhì)上是伴有流動的快速放熱化學(xué)反應(yīng)。從能量轉(zhuǎn)化的角度，燃燒的過程是將燃料中存儲的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能并做功的過程。燃燒耦合了流動、傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等多種物理和化學(xué)過程，是化學(xué)、流體力學(xué)、工程熱物理等學(xué)科的交叉學(xué)科。燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究主要包含三個不同的層面，其中**個層面是熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)的研究，主要利用電子結(jié)構(gòu)計算和統(tǒng)計物理的方法，獲得反應(yīng)的焓變、熵變、熱容等熱力學(xué)參數(shù)和基元反應(yīng)速率常數(shù)等動力學(xué)參數(shù)；第二個層面是燃料分子結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)燃燒化學(xué)的研究，這一部分主要通過構(gòu)建和驗證燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型，獲得能夠準(zhǔn)確預(yù)測寬泛工況下的燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型；第三個層面是根據(jù)目標(biāo)工況對燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型進行規(guī)定尺度的簡化，以適應(yīng)復(fù)雜的流體力學(xué)計算，并用于指導(dǎo)實際燃燒器的優(yōu)化和設(shè)計等。 燃燒反應(yīng)動力學(xué)主要關(guān)注復(fù)雜燃燒體系中的化學(xué)問題[2-8]，將其中的化學(xué)問題從復(fù)雜的物理過程中解耦出來，物理過程被適當(dāng)簡化處理。燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究主要包含基礎(chǔ)燃燒實驗、理論計算和動力學(xué)模型等方面，其中核心是燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型，它描述了燃燒過程的復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，包括燃燒中各組分的生成和消耗反應(yīng)，定義了各組分的熱力學(xué)性質(zhì)，非均相情況下還需要考慮各組分的輸運性質(zhì)。燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型對更好地理解燃燒本質(zhì)和預(yù)測燃燒中關(guān)鍵參數(shù)起到重要作用，許多工程中的實際問題都與之息息相關(guān)。 燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型在汽油機、柴油機、航空發(fā)動機、新型燃燒技術(shù)發(fā)展中都有相關(guān)的應(yīng)用[5， 9-12]。汽油機是依靠電火花點火的預(yù)混燃燒，正常點火下，當(dāng)火焰面移動到未燃?xì)怏w時，未燃?xì)怏w才會被點燃。然而，非正常情況下，汽油機燃燒會發(fā)生“敲缸”現(xiàn)象，即火焰面尚未到達(dá)未燃?xì)怏w時，未燃?xì)怏w已經(jīng)發(fā)生了自燃現(xiàn)象，導(dǎo)致點火壓力出現(xiàn)震蕩變化，降低發(fā)動機壽命，甚至損壞發(fā)動機。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是一些低溫氧化活性高的燃料，比如長鏈正構(gòu)烷烴容易發(fā)生自燃。低溫氧化活性的高低與燃料的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，這是由低溫氧化機理決定的。辛烷值是用來表征燃料低溫反應(yīng)活性的參數(shù)，與燃料分子結(jié)構(gòu)及低溫氧化機理息息相關(guān)。因此，在實際發(fā)動機研究中，通常會加入辛烷值較大的燃料，比如乙醇作為添加劑，從而抑制自燃現(xiàn)象的發(fā)生。 柴油機是壓燃非預(yù)混燃燒。當(dāng)空氣壓縮到著火溫度和壓力時噴入柴油燃料，燃料發(fā)生自燃，進而驅(qū)動活塞做功，因此，毫無疑問，化學(xué)反應(yīng)是控制自燃的關(guān)鍵因素。此外，柴油機的非預(yù)混燃燒模式會帶來燃料局部濃度過高，在極富燃條件下燃燒，會導(dǎo)致大量碳煙等污染物的生成。此外，柴油機燃燒溫度較高，高溫也會促使氮氧化物大量生成，因此，柴油機中對污染物的生成預(yù)測顯得至關(guān)重要，而發(fā)展準(zhǔn)確的碳煙和氮氧化物生成機理需要對柴油燃料開展燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究。新型的均質(zhì)壓燃發(fā)動機結(jié)合了汽油機和柴油機的優(yōu)勢，即壓燃式預(yù)混燃燒，既保證了柴油機較高的工作效率，又可以達(dá)到汽油機中低排放的要求。這種新型發(fā)動機的著火時刻受化學(xué)反應(yīng)控制，燃料的低溫機理是預(yù)測著火時刻的關(guān)鍵因素，因此，燃燒反應(yīng)動力學(xué)在新型發(fā)動機著火中也扮演舉足輕重的角色。 在航空發(fā)動機研究中，點火和污染物的排放同樣受到廣泛關(guān)注。燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究可以為實際計算流體力學(xué)模擬提供準(zhǔn)確的反應(yīng)機理，從而用于點火和污染物生成的預(yù)測。此外，對于超燃沖壓發(fā)動機，利用吸熱型碳?xì)淙剂显跓崃呀膺^程中吸熱的特性來降低關(guān)鍵部件溫度，實現(xiàn)主動冷卻的效果[13]。吸熱型碳?xì)淙剂系臒崃呀膺^程是由燃料的熱解機理控制的，包括單分子分解、異構(gòu)反應(yīng)及雙分子的氫提取反應(yīng)等，其研究能夠幫助預(yù)測熱解產(chǎn)物并理解熱解過程，在主動冷卻技術(shù)中發(fā)揮重要作用。 除此之外，燃燒反應(yīng)動力學(xué)在新型燃燒技術(shù)，如等離子體輔助燃燒、催化輔助燃燒、富氧燃燒、廢氣再循環(huán)等方向也有重要的應(yīng)用，可以用于揭示燃燒新技術(shù)的化學(xué)本質(zhì)，并對燃燒特性進行預(yù)測和控制。 1.2 燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究簡史 盡管對燃燒的利用由來已久，人類對燃燒的認(rèn)識卻經(jīng)歷了非常漫長的歷程。*早可溯源至西周初年(約公元前11世紀(jì))的“五行說”，“火”元素被認(rèn)為可以與其他元素之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。公元前6世紀(jì)古希臘開始形成“四元素說”，人們認(rèn)為火是宇宙核心組成元素之一，具有干和熱兩大屬性。然而，在遠(yuǎn)古時期，人們并未認(rèn)識到燃燒現(xiàn)象的復(fù)雜性及其中蘊含的物理和化學(xué)過程，只是簡單地將火認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)的基本要素，將其作為一個整體來看待。 隨著文藝復(fù)興后科學(xué)的蓬勃發(fā)展，人類開始了對燃燒的科學(xué)認(rèn)識，逐漸形成了對燃燒中化學(xué)現(xiàn)象和理論進行研究的燃燒反應(yīng)動力學(xué)。燃素說由貝歇爾和斯塔爾等提出，認(rèn)為火是由無數(shù)被稱為燃素的微粒構(gòu)成，物質(zhì)燃燒時燃素彌散到空間里就令人感覺到熱，同時物質(zhì)的質(zhì)量也因燃素的彌散而變輕。物質(zhì)富含燃素便是可燃物，反之則為不可燃物。燃素說不能解釋燃素的本質(zhì)是什么，在解釋一些物質(zhì)燃燒后質(zhì)量增加、空氣體積減小的問題時也遇到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。1774年，普里斯特利發(fā)現(xiàn)氧氣，卻錯誤地認(rèn)為氧氣是“脫燃素空氣”，認(rèn)為其能夠助燃。同年，拉瓦錫制備出了氧氣，并利用實驗證明這種物質(zhì)在空氣中的比例為1/5，將其命名為氧氣(原意為酸之源)，他正確地認(rèn)識到一些物質(zhì)燃燒時質(zhì)量的增加是由于結(jié)合了大量的氧元素，同時反應(yīng)物的質(zhì)量等于產(chǎn)物的質(zhì)量，從而正式建立了燃燒的氧化說及質(zhì)量守恒定律[14]。氧化說的建立終結(jié)了燃素說，也開啟了燃燒科學(xué)和現(xiàn)代化學(xué)的新篇章。燃素說雖然被*終證偽了，但它的誕生反映了科學(xué)家為探索未知世界所作出的不懈努力。1848～1861年，法拉第做了著名的“蠟燭中的化學(xué)史”系列講座[15]，是科學(xué)史上*為著名的燃燒科學(xué)講座之一，其中包含大量對燃燒學(xué)的深入思考，包括燃燒過程中燃料的碳元素和氫元素的轉(zhuǎn)化，以及燃燒產(chǎn)物的生成等？梢钥吹，從早期開始燃燒科學(xué)就已經(jīng)與現(xiàn)代化學(xué)密不可分，二者相互促進，共同發(fā)展。 進入20世紀(jì)以來，燃燒反應(yīng)動力學(xué)的研究走上快車道。20世紀(jì)20年代，蘇聯(lián)科學(xué)家謝苗諾夫[16]和英國科學(xué)家欣謝爾伍德[17]分別在氫氧反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的存在，并利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論解釋了氫氣的爆炸極限，他們因此理論獲得了1956年諾貝爾化學(xué)獎。20世紀(jì)40年代，諾里什和波特提出了超快化學(xué)反應(yīng)和碳?xì)淙剂先紵碚揫18]，獲得了1967年諾貝爾化學(xué)獎。20世紀(jì)40年代末到50年代，澤爾多維奇提出了熱力型氮氧化物生成機理[19]，弗蘭克-卡門涅茨基建立了熱自燃理論[20]，劉易斯和馮？埃爾貝建立了煤氣燃燒與瓦斯爆炸理論[21， 22]。上述理論的建立，為燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究奠定了理論基礎(chǔ)。 從20世紀(jì)60年代開始，隨著計算機技術(shù)的進步，計算機輔助的燃燒數(shù)值模擬也得到了快速的發(fā)展。研究者開始利用計算機對燃燒反應(yīng)過程進行數(shù)值求解，構(gòu)建燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型。從70年代開始，研究者引入剛性方程求解器，用于解決燃燒反應(yīng)數(shù)值模擬中出現(xiàn)的剛性問題。在過去數(shù)十年內(nèi)，用于燃燒研究的光譜診斷、質(zhì)譜診斷等實驗方法有著長足的進步。在光譜診斷方面，包括激光誘導(dǎo)熒光(laser induced fluorescence，LIF)、可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)、相干反斯托克斯拉曼光譜(coherent anti-Stokes Raman spectroscopy，CARS)等一系列光譜方法得以應(yīng)用，可以對燃燒中的自由基及小分子進行時間和空間分辨的測量。在質(zhì)譜診斷方面，將分子束取樣質(zhì)譜(molecular beam mass spectrometry，MBMS)技術(shù)結(jié)合同步輻射真空紫外(vacuum ultraviolet，VUV)光電離技術(shù)[23]，可以對燃燒中復(fù)雜的中間產(chǎn)物進行在線分析，特別是對活潑中間產(chǎn)物(自由基[24-26]、烯醇[27]、過氧化物[28])的探測，為人們認(rèn)識燃燒、理解燃燒提供了直接的信息，也為燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型的發(fā)展提供了豐富的驗證數(shù)據(jù)。在理論計算方面，得益于計算機科學(xué)和量子化學(xué)計算方法的發(fā)展，當(dāng)前已能夠?qū)θ紵磻?yīng)開展高精度的量子化學(xué)計算。此外，反應(yīng)速率理論的發(fā)展也在不斷提高速率常數(shù)計算的精度[29]。同時，隨著人們對燃燒過程中化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識的深入，燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型從*初的總包模型逐步發(fā)展為詳細(xì)模型，模型規(guī)模逐漸增大，包含的化學(xué)信息越來越全面，可驗證的工況范圍越來越寬廣。從研究體系來看，從早期*簡單的氫氣、一氧化碳、甲烷模型，逐步發(fā)展到復(fù)雜運輸燃料的多組分模型燃料機理；從只有碳?xì)湓氐奶細(xì)淙剂夏Ｐ停l(fā)展到含氧的生物燃料、含氮的含能燃料等模型，實現(xiàn)了從簡單的單組分到復(fù)雜的多組分燃料燃燒特性的預(yù)測[12]。 1.3 燃燒反應(yīng)動力學(xué)主要研究方法 燃燒反應(yīng)動力學(xué)的研究對象既有宏觀的燃燒現(xiàn)象，也有微觀的反應(yīng)過程，還有對燃燒反應(yīng)體系的數(shù)值模擬，其研究方法分為實驗、理論和模型三個方面。下面將給出燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究方法的概覽，具體的介紹見后續(xù)章節(jié)。 燃燒反應(yīng)動力學(xué)的實驗方法主要是測量基元反應(yīng)的速率常數(shù)和獲得用于模型驗證的基礎(chǔ)燃燒實驗數(shù)據(jù)。 在基元反應(yīng)速率常數(shù)測量方面，得益于多種診斷方法與多種實驗裝置的結(jié)合，通過實驗的手段可以探測特定反應(yīng)中的重要中間產(chǎn)物，從而為提出和驗證基元反應(yīng)路徑提供強有力的證據(jù)和指導(dǎo)。此外，通過實驗手段可以獲得反應(yīng)物和產(chǎn)物隨時間變化的關(guān)系，將此與模型分析相結(jié)合可以得到實驗條件下的基元反應(yīng)速率常數(shù)。在為模型發(fā)展提供驗證數(shù)據(jù)方面，各種基礎(chǔ)燃燒實驗裝置為燃燒動力學(xué)模型發(fā)展提供了不同溫區(qū)、不同壓力、不同反應(yīng)氛圍以及不同邊界條件的廣泛驗證，這些裝置主要包括：射流攪拌反應(yīng)器、激波管、流動反應(yīng)器、快速壓縮機、燃燒彈、層流預(yù)混火焰、對

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