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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pdf375

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