燃烧学燃烧学是研究燃烧现象、实践和理论的科学。燃烧是涉及到化学、热力学、传热传质学和流体力学等问题的复杂过程。只有在燃烧理论的指导下和实践的基础上才有可能设计出燃烧完善程度高、稳定工作范围宽的燃烧室。燃烧是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应，并伴有发光发热的现象。燃烧不单纯是化学反应，而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。 燃烧学的研究内容通常包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。
研究简史编辑本段回目录
相关书籍远古时代，火的使用使人类从野蛮状态走向文明。十世纪以前，人们认为物质燃烧取决于一种特殊的“燃素”。18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。19世纪，人们用热化学和热力学方法研究燃烧，发现了燃烧热、绝热燃烧温度和燃烧产物平衡成分等重要特性。20世纪初，苏联化学家谢苗诺夫和美国化学家刘易斯等人发现，影响燃烧速率的重要因素是反应动力学，而且燃烧反应有分枝链式反应的特点，即中间生成物可以加速燃烧过程。
20世纪20年代，苏联科学家泽利多维奇、弗兰克·卡梅涅茨基和美国的刘易斯等又进一步发现：燃烧现象，无论是着火、熄灭和火焰传播，还是缓燃和爆震等，都是化学反应动力学和传热传质等物理因素的相互作用。在研究了预混火焰和扩散火焰、层流燃烧、湍流燃烧、液摘燃烧和碳粒燃烧等基本规律之后，人们认识到，控制燃烧过程的主导因素往往不是化学反应动力学，而是流动和传热传质，于是初步形成燃烧理论。
20世纪40～50年代，由于航空、航天技术的发展，使燃烧的研究由一般动力机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等问题中，并取得了迅速的发展。因此，力学家卡门和中国的钱学森建议用连续介质力学方法来研究燃烧，提出了“化学流体力学”这一名称。许多人运用粘性流体力学和边界层理论对层流燃烧、湍流燃烧、着火、火焰稳定和燃烧振荡等问题进行了更深入的定量分析。
到了20世纪70年代初，由于高速电子计算机的出现，英国科学家斯波尔丁等人提出了一系列流动、传热传质和燃烧的数学模型和数值计算方法，把燃烧学的基本概念、化学流体力学理论、计算流体力学方法和燃烧室的工程设计有机地结合起来，开辟了研究燃烧理论及其应用的新途径。70年代中期以来，应用激光技术测量燃烧过程中气体和颗粒的速度、温度和浓度等，加深了对燃烧现象的认识。
研究内容编辑本段回目录
燃烧
相关书籍燃料迅速氧化，放出热量并产生可见火焰的物理化学过程。燃烧时必须同时有燃料和氧化剂。在吸空气的发动机中燃料往往是燃油，氧化剂一般是空气中的氧。燃油与空气以一定的比例混合进行燃烧时，混合气中燃油与空气的重量比称为燃油-空气比，简称油气比。每一种燃油都有它的化学恰当油气比数值，在这油气比下，混合气燃烧后燃油和氧按化学计量式应同时耗尽，并得出完全燃烧产物。油气比大于化学恰当比的混合气称为富油混合气，反之为贫油混合气。混合气的着火方法有两种：混合气达到一定温度时将发生自燃；否则要借助点火源来着火。发动机中多数使用后者（见发动机起动）。静止的均匀混合气在一定的温度和压力下一般可借助点火源而着火，此时若将点火源撤离，火焰仍可在其中继续传播。因此，这个范围的边界称为着火极限(分富油极限和贫油极限)。
火焰传播速度
在静止或层流流动的均匀混合气中，火焰前锋(简称焰锋)沿法向相对于新鲜混合气的推进速度称为层流火焰传播速度。火焰在紊流流动混合气中的传播速度称为紊流火焰传播速度。由于紊流的影响，火焰表面变得非常粗糙，化学反应区扩大，故紊流火焰传播速度比层流火焰传播速度大得多。烃类燃料的火焰传播速度一般层流是数十厘米每秒，紊流约为层流的两倍。火焰传播速度是用来计算和组织燃烧过程的重要数据，一般通过实验来确定。
燃烧波
在燃烧室中混合气点燃后，火焰前锋即向新鲜混合气推进形成燃烧。在混合气中传播的焰锋表面称为燃烧波。燃烧波的类型有两种:爆燃波和爆震波，视油气比大小和容器封闭情况而定。爆燃波的传播速度是低亚音速的，喷气发动机中的燃烧过程属于这种类型。当燃烧区的压力和温度高达一定数值后，燃烧波就成为爆震波，爆震波的传播速度为超音速，可高达5000米/秒。它是一种伴有化学反应的冲击波，波后的压力和温度可增高很多，具有很大的破坏性，必须避免在一般发动机中发生爆震波。
火焰稳定
当气流沿焰锋的法向分速度等于火焰传播速度时，火焰稳定，不会被气流带走而熄灭。空气喷气发动机燃烧室中的平均气流速度大大超过火焰传播速度，因此必须采用各种有效方法造成局部低速区来满足火焰稳定条件（见燃烧室、加力燃烧室）。
扩散火焰
液体推进剂的燃烧在发动机燃烧室中的混合气实际上不是均匀的，在混合气中燃油蒸气和周围空气中的氧气相互扩散到达反应区，在那里进行混合和燃烧，这时形成的火焰称为扩散火焰。扩散火焰的燃料可以是气态的（如气态燃料射流火焰）、液态的(如液滴和液滴群燃烧)和固态的（如煤粉燃烧）。同时存在气体、液体和固体燃料或任意两种相态时，称为两相或多相燃烧。扩散火焰又可分为层流扩散火焰和紊流扩散火焰。
液体推进剂的燃烧
液体火箭发动机使用的液体推进剂一般是二元或单元的。它们又可分为自燃和非自燃的。二元推进剂的燃料和氧化剂通过燃烧室头部的喷注器以高速射流注入燃烧室，形成液滴群，它们相互撞击，雾化，蒸发，同时伴随传热传质过程。在正常情况下，点火后燃烧室内发生气相和液相化学反应，并维持恒压燃烧。单元推进剂是能进行可控放热分解或燃烧的液体，因此只要把它喷射到燃烧室中去即可。由于推进剂燃烧过程非常复杂，对它们的分析和组织仍有赖于经验。喷注器的型式、数量和配置以及燃烧室形状是影响稳定恒压燃烧的重要因素。
固体推进剂的燃烧
见火箭发动机燃烧不稳定性。 燃烧学还研究点火、燃油的雾化和蒸发、油珠和油雾的燃烧、不稳定燃烧和超音速燃烧等问题。燃烧引起的污染（见排气污染）也属燃烧学范畴。随着计算机技术的迅速发展，一门新的计算燃烧学学科正在兴起，用数学模型研究燃烧过程，可以减少大量的试验工作，使许多问题研究得更加深入。
发展编辑本段回目录
燃烧学是一门正在发展中的学科。能源、航空航天、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的重大问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、煤浆(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃烧、流化床燃烧、催化燃烧，渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制、火灾起因和防止等。燃烧学的进一步发展将与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展相互渗透 、相互促进。
