燃烧反应动力学概述-PSO机理简化_火焰动力学-优快云博客

前言

燃烧反应动力学是一门研究燃烧过程中化学反应速率及其影响因素的科学

关于燃烧，人们通常想到的是“火焰”、“热量”、“光”、“燃料”等，在燃烧反应动力学中，这些常见的概念有更深的内涵。

关于“火焰”：

关于“热量”：

反应热与温度变化：燃烧反应动力学关注燃烧过程中热量的释放速率和数量。通过化学反应热的计算，可以精确地知道每摩尔燃料燃烧所释放的热量。图片来源：(https://www.hxzxs.cn/)
热释放速率的控制因素：研究如何控制热释放速率是燃烧反应动力学的一个重点。这涉及到对燃烧反应机理的理解，例如通过控制反应物浓度、混合程度、反应条件等来调节热释放速率。

关于“光”：

化学发光机理：在燃烧过程中，光的产生主要是由于化学反应中产生的激发态分子或原子回到基态时发射光子。从燃烧反应动力学角度，研究这些激发态物质的生成和消失过程，有助于理解光发射的强度和光谱特征。
光与反应进程的关联：光的产生与燃烧反应的进程密切相关。在燃烧初期，可能由于燃料的初步分解和氧化会产生特定的光信号；随着燃烧的进行，当燃烧反应达到最激烈阶段，光的强度和颜色可能会发生变化。这种光的变化可以作为一个监测燃烧反应程度的指标。

关于“燃料”：

燃料反应活性：燃烧反应动力学深入研究燃料的反应活性。不同燃料的反应活性差异很大，这取决于燃料的分子结构、化学键能等因素。
燃料分解与氧化过程：详细考察燃料在燃烧过程中的分解和氧化步骤是燃烧反应动力学的核心内容之一。燃料通常不是直接一步就氧化成最终产物，而是要经过一系列复杂的中间反应。

早期：主要集中在燃烧现象的宏观描述和定性分析上。
中期：开始进入较为深入的理论研究和实验研究。
现代：环保和能源需求的日益增长，燃烧反应动力学在能源、环保、航空航天等领域应用广泛。

这里给大家推荐一本书《内燃机计算燃烧学》-解茂昭，贾明。它适合动力工程及工程热物理、航空推进理论与工程等专业的高年级本科生和研究生使用，能够帮助他们系统地学习内燃机燃烧学的专业知识，为进一步的科研和实践打下坚实的基础。

① 燃烧反应机理
燃烧反应是复杂的多步骤过程，存在自由原子或自由基等活化中心。如烃类燃烧会产生 OH、CH₃ 等自由基，它们推动反应进行。笔者主要就是针对燃烧反应机理进行研究。

② 燃烧反应速度
关注反应速率变化，以单位时间反应物浓度变化值表征。受反应物浓度、压力、温度、反应物性质、混合气混合比例及惰性气体成分等因素影响。

① 浓度
在一定温度下，化学反应速率与反应物浓度乘积成正比，浓度增加使分子碰撞增多，反应速率上升。
对于基元反应：
在这里插入图片描述
也可用质量作用定律：
其中，k是反应速率常数，[A],[B]是反应物浓度，a和b是化学计量系数。

② 压力
气相反应中，压力变化引起浓度改变，进而影响反应速率。
在这里插入图片描述
p是压力，V是体积，n是物质的量，R是摩尔气体常数，T是温度。
③ 温度
依据阿累尼乌斯定律，多数反应速率随温度升高而急剧上升。温度升高，分子平均动能增大，更多分子能突破活化能阈值，有效碰撞频率增加。

阿累尼乌斯定律：
在这里插入图片描述
其中k为速率常数，为A指前因子，Ea为表观活化能，R为摩尔气体常量，T为热力学温度。
④ 反应物性质
反应物物理性质影响碰撞因子，化学性质主要体现在活化能上，二者均对反应速度产生作用。

基于粒子群算法的机理简化方法，参考文献：林圣强,张现发,吴悠,等.基于粒子群算法的燃烧反应动力学机理简化方法[J].工程热物理学报,2024,45(09):2861-2866.

流程图如下：

方法的开发是使用Python语言以及Cantera化学动力学软件。

关于粒子群算法的机理简化方法，欢迎各位读者在评论区多多探讨，若有更好的方法，也希望能进一步交流合作。 燃烧机理文件后续将通过资源上传

以上就是这次所介绍的内容，简单的叙述了燃烧反应动力学的相关概念以及简单公式，更深入的理论知识还需各位燃烧动力学研究者们查找相关文献进行阅读。