燃料的燃烧——火焰的定义、类型、结构

我们在家庭、工业和汽车行驶中使用不同种类的燃料用于各种目的。这些燃料包括牛粪、木材、煤炭、木炭、汽油、柴油、压缩天然气 (CNG) 等等。

什么是燃烧？

A chemical process in which a substance reacts with oxygen to emit heat is called combustion. The substance that undergoes combustion is called combustible or fuel which can be solid, liquid or gas. 

在某些情况下，在燃烧过程中也会发出光作为火焰。例如燃烧木材。

燃烧类型

1. 快速燃烧：当气体快速燃烧并产生热量和光时。这种燃烧称为快速燃烧。
2. 自燃：材料突然燃烧起来而没有任何原因的燃烧称为自燃。
3. 完全燃烧：完全燃烧是燃料与氧气的混合物，随着时间、摩擦和足够高的温度点燃所有燃料成分，没有剩余燃料。
4. 不完全燃烧：由空燃混合不充分、停留时间不足、温度不足、总过量空气量低引起。
5. 爆炸：突然发生反应，放出热和光，放出大量气体。它被称为爆炸。例如，鞭炮。

燃烧的必要条件是——

1. 存在可燃物质、燃料和助燃剂。
2. 将可燃物质加热到其着火温度并保持它。
3. 空气或氧气的存在。

What are Combustible and Non-combustible Substances?

Substances like paper and wood which easily catch fire are combustible substances while the substances which do not catch fire readily are non-combustible substances, such as sand, water, glass.

燃烧反应

当物质与氧气 (O ₂ ) 快速反应时，就会发生燃烧反应。燃烧通常称为燃烧，燃烧的物质通常称为燃料。

完全燃烧反应的产物包括二氧化碳（CO ₂ ）和水蒸气（H ₂ O）。该反应通常放出热量和光。完全燃烧反应的一般方程为：

Fuel + O₂ → CO₂ + H₂O

在燃烧反应中燃烧的燃料含有称为碳氢化合物的化合物，碳氢化合物是仅含有碳和氢的化合物。例如甲烷和乙烷。天然气是一种燃料，常用于家用炉灶和燃气灶。天然气的主要成分是甲烷（CH ₄ ）。甲烷的燃烧由下式表示：

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

燃料

用于家庭和工业用途的热能来源是木材、木炭、汽油、煤油等，它们被称为燃料。它们帮助我们满足日常需求。一种好的燃料是一种容易获得的燃料。它价格便宜，并且在空气中以适中的速度很容易燃烧。它会产生大量热量。它不会留下任何不良物质。可能没有燃料可以被认为是理想的燃料。

燃料类型

1. 固体燃料：例如木材和煤炭。这些用于在家中烹饪食物。煤炭也用于工业。
2. 液体燃料：例如煤油和汽油。煤油用于炉灶烹饪食物，汽油用作燃料。
3. 气体燃料：工业中使用天然气和石油气等燃料。 CNG用于驱动汽车。

燃油效率

1公斤燃料完全燃烧所产生的热量称为其热值。燃料的热值以称为千焦每公斤 (kJ/kg) 的单位表示。效率是燃烧过程释放的能量转化为有用功的比例。它与其效率成正比。下表给出了一些燃料的热值。

Fuel	Calorific Value
Cow dung	8,000
Wood	22,000
Coal	33,000
Biogas	40,000
Diesel	45,000
Kerosene	45,000
Petrol	45,000
Methane	50,000

引燃温度：可燃物质在空气中加热时着火的最低温度称为引燃温度。

理想燃料的特点是：

1. 理想的燃料应该便宜、容易获得并且容易燃烧。
2. 它应该有很高的热值。
3. 它不会产生污染环境的有害气体或残留物。
4. 它应该是干燥的，并且应该具有较少的水分含量，因为干燃料会增加其热值。
5. 好的燃料的燃烧速度应该适中。
6. 好的燃料的燃烧不应该是爆炸性的。

火焰

Fire is the result of a chemical combustion reaction between oxygen and some sort of fuel.​​​​​​ How long a fire lasts depends on how much fuel and oxygen are available. 

火焰是火的可见和气态部分。在燃烧过程中蒸发的物质会产生火焰。例如，煤油和熔化的蜡通过灯芯上升并在燃烧过程中蒸发并形成火焰。木炭不会蒸发，因此不会产生火焰。

火焰结构

1. 外区：最外区是所有区域中最热的，颜色为蓝色。这是由于完全燃烧。它是火焰的不发光部分。
2. 中区：蜡烛火焰的中区温度适中，呈黄色，燃料发生部分燃烧。它是火焰的明亮部分。
3. 最内区：火焰的最内区温度最低，颜色为黑色。这是由于存在未燃烧的蜡蒸气。

烟雾：烟雾是散布在空气中的未燃烧颗粒的一个例子。烟雾呈黑色是由于烟雾中存在未燃烧的碳颗粒。

燃料燃烧导致有害产品

不断增加的燃料消耗对环境产生了有害影响-

1. 木材、煤炭、石油等碳燃料会释放未燃烧的碳颗粒，这些碳颗粒是精细且危险的污染物，可导致哮喘等呼吸道疾病。
2. 这些燃料的不完全燃烧会产生一氧化碳气体。这是一种非常有毒的气体，如果在房间内释放这种气体，可以杀死在房间里睡觉的人。
3. 大多数燃料的燃烧会将二氧化碳释放到环境中。空气中二氧化碳浓度的增加会导致全球变暖。
4. 煤和柴油的燃烧会释放二氧化硫。它是一种极具窒息性和腐蚀性的气体。
5. 汽油发动机会释放氮氧化物。硫和氮的氧化物溶于雨水并形成酸。这种雨称为酸雨。

在汽车中使用柴油和汽油作为燃料正在被 CNG（压缩天然气）所取代，因为 CNG 会产生非常少量的有害产物，这使其成为一种更清洁的燃料。

未燃烧的碳颗粒：木材、煤炭、蜡烛、石油等碳燃料会释放未燃烧的碳颗粒。这些细小颗粒是危险的污染物，会导致呼吸系统疾病，例如哮喘。

一氧化碳排放：一氧化碳是一种有毒气体，由燃料不完全燃烧产生。在封闭的房间里烧煤很危险，因为产生的一氧化碳会杀死在那个房间里睡觉的人。

示例问题

问题一：什么是燃烧？

回答：

A chemical process in which a substance reacts with oxygen to emit heat is called combustion. The substance that undergoes combustion is called combustible or fuel which can be solid, liquid or gas. In some cases, light is also emitted during combustion as a flame. E.g. burning of wood.

问题 2：写出燃烧的一般方程。此外，对甲烷的燃烧做同样的事情。

回答：

The general equation for a complete combustion reaction is:-

Fuel + O₂ → CO₂ + H₂O

The equation for combustion of methane is-

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

问题 3：定义燃料并对其进行分类。

回答：

The sources of heat energy for domestic and industrial purposes are wood, charcoal, petrol, kerosene etc which are called fuels. Types of Fuels are-

1. Solid Fuels: Examples are wood and coal. These are used to cook food in homes. Coal is also used in industries.
2. Liquid Fuels: Examples are kerosene and petrol. Kerosene is used in stoves to cook food and petrol is used as a fuel.
3. Gaseous Fuels: Fuels like natural gas and petroleum gas which are used in industries. CNG is used to run automobiles.

问题4：什么是热值和燃油效率？它们之间有什么关系？

回答：

The amount of heat energy produced on complete combustion of 1 kg of a fuel is called its calorific value. The calorific value of a fuel is expressed in a unit called kilojoule per kg (kJ/kg). Efficiency is that proportion of energy released by a combustion process which is converted into useful work. It is directly proportional to its efficiency.

问题5：理想燃料的特点是什么？

回答：

The characteristics are as follows-

1. The ideal fuel should be cheap, easily available and readily combustible.
2. It should have high calorific value.
3. It does not produce harmful gases or residues that pollute the environment.
4. It should be dry and should have less moisture content as dry fuel increases its calorific value.
5. The combustion speed of a good fuel should be moderate.
6. The combustion of a good fuel should not be explosive.

问题 6：定义火和火焰。

回答：

Fire is the result of a chemical combustion reaction between oxygen and some sort of fuel.​​​​​​ Flame is the visible and gaseous part of the fire. The substances which vaporize during burning, give flames.

问题 7：燃烧燃料对环境有什么影响？

回答：

1. Carbon fuels like wood, coal, petroleum release unburnt carbon particles which can cause respiratory diseases,.
2. Incomplete combustion of fuels gives carbon monoxide gas which can kill a person sleeping in a room.
3. Combustion of most fuels releases carbon dioxide in the environment. Increased concentration of carbon dioxide in the air causes global warming.
4. Burning of coal and diesel releases sulphur dioxide.
5. Petrol engines releases oxides of nitrogen. Oxides of sulphur and nitrogen dissolve in rain water and form acids. Such rain is called acid rain.