第三节
绝热火燃温度计算

混合气体经过绝热等压达到化学平衡，则系统最终达到的温度称为绝热火焰温度，或称理论燃烧温度或燃烧最大温度T _m 。该温度取决于初始温度、压力和反应物的成分。

由于该系统是绝热的，因此，反应物经化学反应生成平衡产物过程中释放出的全部热量都用来提高系统的温度。如果用ΔH _R 表示反应物中的总焓（包括化学能），ΔH _P 表示平衡产物的总焓，在绝热条件下，有

燃烧产物在最终状态时的总焓是其各组分的生成焓之和加上燃烧产物从标准状态到最终状态时总焓的增加量，即

而反应物总焓应为全部反应物的生成焓之和，即

由上两式得到

或

该式的右边是已知的反应热，但符号相反。因而有

式中，如能知道最终产物的成分，则未知数只有T _m 一个。但最终产物的成分取决于T _m ，这样，在系统中存在两个互相依赖的未知量，即平衡成分和最终温度T _m 。对于简单反应的平衡成分的计算，可采用“反应程度法”，现举例说明。

设 λ 为反应进行的程度，则上面的化学当量式可改写成

当 λ = 0时，表明反应刚开始；当 λ =1时，表明反应已经完成。现将生成物的各参数列表，

见表1-2。

则有

在给定的温度下， 值可以查表。这样在总压给定的情况下，可由上式求出 λ 值，知道 λ 后，就可求得平衡成分。

的计算可归纳为如下步骤：

① 假定一个 值，用上述方法求得平衡成分。

② 根据反应物及生成物（燃烧产物）的生成热，计算出在标准温度和给定压力下反应所放出的热量。

③ 根据式（1-15）算出 ，如 不等于 ，则重新假定 值，并重复该计算程序，直至假定的 与算出的 值相等为止。

下面讨论有离解时的绝热燃烧温度及燃烧产物的计算。设燃料分子式为 ，氧化剂的一般分子式为 ，当它们进行反应，只产生 及 时，其燃烧反应的通式可写成

式中， α 和 γ ₀ 为常数。研究表明，在高温下，三原子气体的离解按下列方式进行：

分子H ₂ 和O ₂ 将被离解成H和O原子，即

当燃料中有氮气存在时，有

因此，燃烧产物一般有10种：CO ₂ 、CO、H ₂ O、H ₂ 、OH、N ₂ 、NO、H、O ₂ 、O。

通过以上6个方程，得到

得到了包含燃烧产物分压的6个方程。由分压定律：

其中， 是燃烧室内的压力。为了解出10个分压，必须有10个方程，但现在只有7个方程，尚缺3个方程，这3个方程就是物质平衡方程。

在反应物中，有 个原子的碳、 个原子的氢、 个原子的氮及 个原子的氧。在燃烧产物中，这些元素形成一定数量的气体，这些气体含有一定数量的个别元素的原子。碳仅在CO ₂ 及CO中才有，因此，这些气体摩尔数之和应等于碳原子数目，故得如下方程：

H存在于H ₂ O、H ₂ 、OH及H中，并且前两种气体各有两个原子的氢，故有

同理，对于氧，可以写出

对于氮

其中， 为某种气体的摩尔数；M为混合气体的摩尔数； 是混合气体的总压力，即燃烧室压力。这样，可以将上述各式改写成

因为

其中燃烧产物的摩尔数M是未知数。由上述4个式子可得

10个方程可以求出10个分压，但是在解这10个方程时，必须首先知道燃烧产物的温度 ，这样才能知道各平衡常数，为此，必须列出第11个方程，即能量守恒方程

这样，可由式（1-16）～式（1-21）、式（1-31）～式（1-33）及式（1-34）解出T _m 及燃烧产物的成分。

表1-3列出了几种可燃气体的实测火焰温度。