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目录4

导论（郑楚光译）4

第一章 化学热力学概述（袁建伟译）4

符号说明4

1．热力学定律的论述6

2．状态方程7

3．质量守恒7

4．热力学第一定律；能量守恒9

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12

6．平衡准则18

7．原子类的守恒19

8．确定反应物份额的规定20

9．标准生成热22

10．热化学定律25

11．键能和生成热26

12．反应热28

13．绝热火焰温度的计算43

14．平衡常数47

15．有效压力和活性59

16．碳氢化合物燃烧时更复杂的离解60

17．Clausins-Clapeyron方程：相平衡61

18．用NASA-Lewis程序计算复杂平衡65

18.1 假设和性能65

18.2 描述化学平衡的方程66

18.2.1 热力学方程66

18.2.2 吉布斯自由能的极小值化67

参考文献……………………………………………………………………………………………（68 ）作业69

第二章 化学动力学概述（袁建伟译）72

符号说明72

1．反应速率及其影响因素72

1.1 总碰撞频率74

1.2 Arrhenius方程75

1.3 表观活化能76

1.4 反应速率77

2．不同级数的单步化学反应80

2.1 一级反应80

2.2 二级反应81

2.3 三级反应82

3．连续反应83

4．并列反应84

5．可逆反应84

5.1 逆反应为一级的一级反应85

5.3 逆反应为二级的二级反应86

5.2 逆反应为二级的一级反应86

6．链式反应87

6.1 自由基87

6.2 一级反应的Lindemann理论88

6.3 氢—溴反应…………………………………………………………………………………（ 89 ）7．链分支爆炸91

8．爆炸极限93

8.1 H2—O2系统93

8.2 CO—O2系统94

9．用无因次参量表示的等温反应的速率定律95

9.1 平衡常数95

10.1 求解常微分方程组（ODES）的数值程序97

9.2 化学组分生成的净速率97

10．求解复杂化学动力学系统的最新方法97

10.1.1 时间常数的定义98

10.1.2 常见的误差类型98

10.1.3 刚性的来源98

10.1.4 隐式和显式的数值方法……………………………………………………………………………………（ 98 ）10.1.5 常用的ODE求解程序的一些特性99

10.2 求解PDE的程序包99

参考文献99

作业……………………………………………………………………………（ 100 ）103

第三章 多组分反应系统的守恒方程（袁建伟译）103

符号说明103

1．浓度、速度和质量流的定义104

2．Fick扩散定律105

3．稀薄气体中的常态扩散理论106

4．连续性方程107

5．动量方程110

5.1 用应力表示的动量方程110

5.1.1 无限小质点110

5.1.2 无限小控制体112

5.1.3 有限控制体113

5.2 应力—应变速率关系式（基本关系式）114

5.2.1 应变率114

5.2.2 应力115

5.3 Navier-Stokes方程117

6．能量守恒124

7．多组分扩散方程的推导129

8．多组分系统中其它必须的方程131

9．多组分系统的求解132

10．Shvab-Zel'dovich公式132

11．输运系数的无因次比135

12．交界面的边界条件136

参考文献143

作业143

综合练习144

符号说明145

第四章 预混气体燃烧中的爆燃波和缓燃波（郑楚光译）145

1．爆燃和缓燃的根本差异146

2．Hugoniot曲线146

3．Hugoniot曲线的特征149

3.1 沿Hugoniot曲线的熵值分布151

3.2 爆燃波后已燃气流速度与当地音速的比较152

4．Chapman-Jouguet爆燃波速的确定157

4.1 逐次逼近法157

4.2 Newton-Raphson迭代法159

4.3 爆燃波速度的计算值和实验值的比较161

5.1 ZND一维爆燃波结构163

5．爆燃波的结构163

5.2 多维爆燃波结构164

6．可燃混合物中缓燃—爆燃转换（DDT）机理166

7．爆燃性与化学动力学：爆燃极限170

参考文献173

作业176

综合练习177

第五章 预混层流火焰（郑楚光译）178

符号说明178

1．前言178

2．热理论：Mallard-Le Chatelier分析法180

3．综合理论：Zel'dovich,Frank-Kamenetsky和Semenov模型181

4．Tanford-Pease扩散理论185

5．求解层流火焰问题的近代方法187

6．化学物理参数对火焰速度的影响191

6.1 化学参数191

6.1.1 混合比的影响191

6.1.2 燃料分子结构的影响192

6.1.3 添加剂的影响193

6.2 物理参数193

6.2.1 压力的影响193

6.2.2 初温的影响193

6.2.4 热扩散系数和比热的影响194

6.2.3 火焰温度的影响194

7．火焰速度的测量方法195

7.1 Bunsen灯法195

7.2 透明管法196

7.3 定容球弹法197

7.4 肥皂泡法（定压法）197

7.5 粒子示踪法198

7.6 平面火焰燃烧器法198

8．层流流动中燃烧波的稳定原理199

9．火焰的猝熄200

10.1 用标准玻璃管确定火焰稳定极限202

10．预混层流火焰的稳定极限202

10.2 压力和温度对可燃极限的影响203

10.3 可燃极限和火焰猝熄的Spalding理论204

参考文献209

作业211

第六章 气体扩散火焰和单颗液滴的燃烧（郑楚光译）213

1．Burke-Schumann层流扩散火焰理论213

1.1 基本假设和求解方法216

1.2 火焰形状和火焰高度217

2．燃料射流的表观分析218

3.1 层流射流的混合219

3．层流射流扩散火焰219

3.2 带化学反应的层流射流223

4．静止大气中的单滴燃烧225

4.1 单颗燃料液滴的蒸发227

4.2 单颗燃料液滴的燃烧速率230

5．对流环境中的燃料液滴232

6．液滴在静止空间中的超临界燃烧233

7．内回流对液滴蒸发速度的影响237

参考文献………………………………………………………………………………………（239 ）作业240

综合练习241

1．前言243

符号说明243

第七章 湍流火焰（米建春译）243

2．描述湍流火焰的唯象法245

2.1 Damk？hler分析法245

2.2 Schelkin分析法246

2.3 Karlovitz分析法247

2.4 Summerfield分析法247

2.5 Kovasznay的特征时间法248

3．湍流基础248

3.1 传统时间平均和质量加权平均249

3.2 传统时均量与质量加权平均量之间的关系253

3.3.2 能量方程254

3.3.1 连续方程与动量方程254

3.3 质量加权平均的守恒及输运方程254

3.3.3 平均动能方程255

3.3.4 雷诺应力输运方程256

3.3.5 湍流动能方程257

3.3.6 组分守恒方程257

3.4 旋涡对湍流火焰的影响258

4．湍流火焰研究中概率密度函数的应用259

4.1 概率密度函数260

4.1.1 测度261

4.1.2 Lebesque积分261

4.1.3 分布函数261

4.1.4 PDF的定义262

4.2 联合分布函数和联合概率密度函数264

4.3 用于湍流火焰中的几种形式的概率密度函数266

4.3.1 混合份额随时间的矩形波变化266

4.3.2 截断高斯分布266

4.3.3 截断高斯分布型PDF的替代形式267

4.3.4 β-概率密度函数267

4.3.5 混合份额和反应程度变量的联合PDF267

4.3.6 学生t-分布267

5.1 应力张量各分量方程的直接封闭268

5．湍流模型268

5.2 双方程模型269

6．间歇率和粘附结构270

6.1 间歇率270

6.2 粘附结构271

7．具有非预混反应物的湍流反应流（湍流扩散火焰）272

7.1 守恒标量法272

7.1.1 守恒标量、混合份额以及快速反应假设273

7.1.2 守恒标量的概率密度函数276

7.1.3 反应速率和反应区结构277

7.2 双变量法279

7.2.1 Janicka和Kollmann模型279

7.1.4 扩散火焰中污染物的形成279

7.2.2 用第二变量对化学生成项封闭280

7.2.3 Bilger的扰动分析法281

7.3 直接封闭法283

7.3.1 矩封闭法283

7.3.2 PDF封闭法284

7.4 Lundgren,Monin和Novikov的概率统计法285

7.4.1 Lundgren建立的PDF方程285

7.4.2 湍流PDF的封闭287

7.4.3 Favre平均的单点联合PDF输运方程287

7.5 Spalding的ESCIMO理论288

8.1 Spalding旋涡破碎模型289

8．预混反应物的湍流反应流动289

8.1.1 气体团的形成和粘附290

8.1.2 小尺度火焰的传播290

8.1.3 R*的不变性290

8.1.4 S的不变性291

8.1.5 生存谱291

8.1.6 反应速率关系的分析291

8.1.7 反应速率关系的讨论292

8.2 Bray和Moss的统计模型293

8.3 Chorin,Ghoniem和Oppenheim的随机涡方法298

9．湍流预混火焰扭曲面的特征尺度301

9.2 扭曲层流火焰结构的观察302

9.1 纹影照相302

9.3 未燃和已燃气体团尺度的测量303

9.4 扭曲面的长度尺度304

参考文献305

作业311

综合练习311

第八章 两相流系统中的燃烧（郑楚光译）314

符号说明314

1．喷雾燃烧概述315

2．喷雾燃烧系统315

3.1 喷嘴型式317

3．燃料的雾化317

3.2 雾化特性318

4．喷雾静力学318

4.1 颗粒的特征描述318

4.2 分布函数318

4.2.1 对数概率分布函数320

4.2.2 Rosin-Rammler分布函数320

4.2.3 Nukiyama-Tanasawa分布函数320

4.2.4 Mugele-Evans上限分布函数321

4.3 分布函数的输运方程322

4.4 液体燃料火箭发动机喷雾燃烧的简化模型322

5．液雾燃烧的特征324

6.1 关系式328

6.2 液滴弹导模型328

6．喷雾燃烧过程模型分类328

6.3 一维模型329

6.4 搅拌反应器模型329

6.5 局部均相流模型（LHF）330

6.6 分离流（两相流）模型330

7．局部均相流模型331

7.1 LHF模型的分类331

7.2.1 基本假设333

7.2.2 状态方程333

7.2 LHF模型的数学表达式333

7.2.3 守恒方程336

7.2.4 湍流输运方程339

7.2.5 边界条件340

7.2.6 求解过程340

7.2.7 LHF模型预测值与试验值的比较342

8．分离流（两相流）模型348

8.1 单元内颗粒源模型（离散液滴模型）348

8.1.1 确定型分离流模型（DSF）349

8.1.2 随机分离流模型（SSF）351

8.2 SSF和DSF模型计算结果讨论353

9．分组燃烧模型355

9.1 分组燃烧准则356

9.2 喷雾火焰中分组燃烧模式357

10．多相系统的连续介质力学方法358

11．流化床中固体粒子的燃烧362

11.1 引言362

11.2 两相流体动力学模型363

11.2.1 气相质量方程363

11.2.2 固相质量方程364

11.2.3 气相动量方程364

11.2.4 固相动量方程365

11.2.5 气相能量方程367

11.2.6 固相导热方程368

11.3 虚拟平均方法369

11.2.7 状态方程369

11.2.8 颗粒燃料动态床中燃烧过程的边界条件369

11.3.1 定义370

11.3.2 连续性方程371

11.3.3 动量方程372

参考文献373

作业381

第九章 带化学反应的边界层流动（米建春译）382

符号说明382

1．前言382

1.4 历史回顾383

1.3 理论方法和边界层分类383

1.1 反应边界层流动的应用383

1.2 研究中应用的高温试验装置383

2．二维反应边界层流动的控制方程386

3．边界条件389

4．化学动力学391

4.1 均相化学反应391

4.2 多相化学反应393

5．具有表面反应的层流边界层流动394

5.1 控制方程和边界条件394

5.2 转换到（ξ,η）的坐标系统395

5.4 表面反应的Damk？hler数397

5.3 控制方程和自相似解的分离条件397

5.5 滞止区附近石墨的表面燃烧398

6．气相反应的层流边界层流动401

6.1 控制方程和坐标转换401

6.2 气相反应的Damk？hler数402

6.3 向轴对称情况的推广403

7．有化学反应的湍流边界层流动403

7.1 引言403

7.2 Evans的边界层积分矩阵法404

7.2.1 通用守恒方程404

7.2.2 分子输运特性406

7.2.3 湍流输运特性408

7.2.4 状态方程412

7.2.5 积分矩阵求解方法412

7.2.6 BLIMP分析的限制条件412

7.3 Patankar和Spalding的向前积分法413

7.3.1 物理模型的描述413

7.3.2 粘性流动区的守恒方程413

7.3.3 气相化学反应的模拟414

7.3.4 非粘性区域的控制方程414

7.3.5 边界条件415

7.3.6 κ和ε的近壁处理415

7.3.8 坐标变换及Patankar和Spalding求解方式416

7.3.7 湍流模拟中使用的常数416

7.3.9 理论结果与试验数据的比较418

7.4 炽热活性气体对金属的侵蚀421

7.5 火箭发动机上石墨喷嘴的空气热化学侵蚀425

7.6 湍流壁面火焰431

7.6.1 Ahmad和Faeth使用的试验方法433

7.6.2 Ahmad-Faeth研究成果的进一步发展434

7.6.3 壁面火焰的研究结果436

参考文献439

作业446

1．前言447

第十章 着火（袁建伟译）447

3．自燃448

3.1 热自燃448

2．着火的激发及装置448

3.2 各种参数对自燃温度的影响451

4．固体推进剂的着火452

5．液体燃料雾在流动空气流中的着火457

5.1 Subba,Rao和Lefebvre的试验装置和最小点火能的概念457

5.2 流动空气系统中煤油雾的着火458

5.3 液体燃料雾中猝熄距离和最小点火能的Lefebvre蒸发模型460

6．硼粒子的着火463

7.1 实验研究471

7．炽热的氧化性气流中固体燃料上的着火和火焰传播471

7.2 理论描述473

7.2.1 基本假设473

7.2.2 控制方程474

7.2.3 边界条件和初始条件474

7.2.4 转换为相似坐标475

7.2.5 求解方法476

7.3 着火和火焰传播的结果477

参考文献478

综合练习480