高等燃烧理论

课程编码：180090080700P1006H 英文名称：Advanced Combustion Theory 课时：50 学分：2.50 课程属性：学科核心课 主讲教师：王增辉等

本课程是动力工程及工程热物理学科各专业研究生的学科核心课。本课程系统地阐述燃烧中涉及的化学反应热力学与化学反应动力学，详细地分析以层流预混火焰和层流扩散火焰为代表的最基本燃烧现象，同时对湍流燃烧作了适当介绍，使学生掌握燃烧理论的基础知识，了解现代燃烧“低碳化-智能化-功能化”的发展前沿。通过课堂学习和课后作业，从物理和化学角度深入理解燃烧过程的物理化学实质；通过燃烧研究文献阅读和读书报告撰写，学会燃烧学论文撰写方法。要求掌握经典燃烧理论，能读懂主流燃烧学期刊学术论文，为进一步的燃烧科学研究奠定基础。

工程热力学、传热学、流体力学

第一章 导论 2学时 王增辉
第1节 燃烧及其应用
第2节 燃烧学特点及分类
第3节 燃烧学发展简史
第4节 燃烧研究的动机与目标
第5节 课程内容
第二章 化学热力学 4学时 王增辉
第1节 热力学参数
第2节 热力学一定律
第3节 反应物与生成物的混合物、当量比、绝对焓
第4节 绝热燃烧温度
第5节 化学平衡、化学平衡常数、主次组分模型、平衡组分
第三章 化学反应动力学 4学时 王增辉
第1节 总包反应与基元反应
第2节 基元反应速率、碰撞理论
第3节 多步反应机理的反应速率、净生成率
第4节 化学反应动力学近似、准稳近似和局部平衡、单分子反应机理
第5节 链式反应和链分支反应
第6节 化学时间尺度
第四章 燃料的氧化机理 6学时 王增辉
第1节 实际燃料
第2节 H2的氧化、H2氧化的三个爆炸极限
第3节 CO的氧化
第4节 CH4氧化机理、高温氧化机理、低温氧化机理
第5节 碳氢化合物的氧化、总包和准总包机理
第6节 醇的氧化
第7节 芳香烃的氧化
第8节 氮氧化物污染物生成的化学反应机理、NOx和Soot生成机理及防治
第五章 反应流的简化守恒方程 6学时 王增辉
第1节 输运现象
第2节 总质量守恒方程
第3节 组分守恒方程
第4节 多组分扩散
第5节 动量守恒
第6节 能量守恒
第7节 守恒标量方程
第六章 层流扩散火焰和多相燃烧 8学时 王增辉
第1节 无反应的恒定密度层流射流
第2节 射流火焰的物理描述
第3节 简化理论描述、伯克-舒曼(Burke-Schumann)火焰、火焰长度
第4节 碳烟的形成和分解
第5节 对冲火焰
第6节 传质入门、斯蒂芬(Stefan)流
第7节 液滴蒸发模型、液滴燃烧模型
第8节 固体的燃烧、碳颗粒(圆球)的燃烧
第七章 层流预混火焰 6学时 任翊华
第1节 预混气体燃烧的Hugoniot图、缓燃波与爆震波
第2节 预混火焰结构的量纲分析与求解
第3节 火焰传播速度计算及其影响因素分析
第4节 熄火、可燃性、点火
第5节 火焰稳定、旋流式与回流式燃烧室
第八章 层流火焰动力学与燃烧不稳定性 6学时 任翊华
第1节 层流火焰动力学的主导因素，描述火焰位置的一般性场方程
第2节 层流火焰动力学的次要因素，火焰拉伸与Lewis数影响
第3节 Darrieus-Landau火焰不稳定性
第4节 热扩散性火焰不稳定性
第5节 燃烧的热声不稳定、瑞利准则
第九章 湍流燃烧 4学时 任翊华
第1节 湍流简介
第2节 湍流预混火焰、湍流火焰速度计算与测量
第3节 湍流预混火焰结构相图
第4节 湍流扩散火焰简介
第十章 燃烧前沿发展概述 4学时 任翊华
第1节 低碳燃料燃烧
第2节 微重力燃烧
第3节 等离子体助燃
第4节 功能化燃烧、火焰合成
第5节 高温在线激光诊断与测试技术

王增辉，中国科学院大学教授，博士生导师，主要从事强磁场下液态金属流动传热、物理储能和化学储能及多物理场多尺度强化优化传热和技术研究。主持了多项国家自然科学基金面上项目和科技部ITER专项子课题。
任翊华，2013年和2018年于清华大学能动系分别获得学士、博士学位，于2023年任职于中国科学院大学工学院。2022年获得海外优青项目、2020年获得Bernard-Lewis青年燃烧奖、2018年获得?德国洪堡奖学金。主要开展在线激光诊断、先进纳米能源材料高温火焰合成、绿色含能离子液体的多模式推进、光谱智能分析与燃烧主动调控等方面的理论与应用研究。