中文版前言 能源在我们日常生活中的重要性是无论如何也不能低估的。用各种 能源产生的电点亮了我们的家、学校、商业区和工作环境。液体燃料几乎 提供了我们所有的机动车能源：摩托车、小汽车、货车、公交车、火车和飞 机。各种能源还用于各种产品的制造过程：从小小的别针到高达20层楼 高的巨大索斗式掘煤机。大量使用能源正是现代社会的象征。 只要路加注意就会发现，终端使用的能源主要来自矿物燃料的燃烧。对 于所有的终端使用部门，如民用居住、商业、工业和交通都是如此。根据美国 能源信息处的报告，中国在2004年的总发电量为20797亿kW·h,其中 81.8%来自矿物燃料的燃烧。发电的第二大来源是水电，占15.8%。2004 年中国有总能源消耗是59.6×1015Btu(即21.5亿t标煤，译注)，其中矿物 燃料占了近94%（煤69%，油22%，天然气3%）。这些数字清楚地表明了 燃烧在中国的重要性。尽管不同的国家矿物燃料产生的能源的量有所不 同，但从全球来看，矿物燃料占有绝对主导的地位，这就意味着燃烧在全世 界都是一个重要的问题。 世界根据燃烧这一事实提出一系列有趣且有挑战性的课题：矿物燃料 的采矿和钻探；广泛使用中的燃料的有效使用；燃烧产生的空气污染物的 m 控制，包括传统的空气污染物（氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳等），也包括 空气毒物（如汞等）和温室气体（二氧化碳、甲烷和氮氧化物等）。空气污 染问题由于将水的使用和垃圾填埋与煤的燃烧交织在一起而更趋复杂， 比如，飞灰和二氧化硫的控制就会带来大量的固体废物需要进行妥善的 处置 当代的燃烧工程师会感到有很多问题需要去解决。燃烧，特别是煤的 燃烧，它是CO2的首要来源，是造成全球气候变化的主要温室气体。创造 出零碳(CO,)或近零碳排放的有用的能源的可行方法是目前全球研究的热 点。在未来几十年中，产生零碳排放的能源将是一个主导的方向。对燃烧 时 工程师的一个直接相关的问题是从纤维素生产生物质燃料及其使用。这 些燃料既可以再生，又可实现零碳排放。 要创造有效的、环境友好的用燃烧产生的能源，需要燃烧过程的基础
知识和实用知识。作者和译者将这本书呈现给你，就是帮助你理解燃烧原理的基本内容 而这些基本的原理可以用于解决实际问题，同时还可以作为这一令人兴奋的领域的深入学 习的入门书。我们希望通过对这本书的学习可以帮助你去从事你所在地区、你的国家和全 世界所面临的问题。 Stephen R.Turns 与应用 2008年5月于美国宾夕法尼亚州大学城
第 2版 与第1版一样，第2版的目的有两个：首先是采用相对简单和易于理 解的分析来介绍燃烧的基本概念；第二是引入各种实际应用，并与各种理 论概念相联系以激发学习兴趣。本书既可以用于机械工程和相关领域的 本科教学，又可供工程师们自学。 作者和许多同行还发现本书可以作为研究生在燃烧学领域的初级教 程。当然，本书单独使用可能无法满足这一要求，教师需要提供相应的更 详细的素材和高级课题。尽管如此，许多同行利用本书还是很成功的。 第2版特别为此在某些方面提供了更多及更深入的讨论。如第7章中增 加了一节讨论多组分扩散和热扩散。在第7章和第8章中，还增加了包 括多组分和热扩散的一维能量方程的推导，其形式与位于美国加利福尼 亚州利弗莫尔的圣地亚国家实验室发展的几种火焰程序所用的形式相 可 同。在课程中，教师可以很好地将这些程序与CHEMKIN软件结合起来 使用。同样，第9章中增加了一节来讨论对冲扩散火焰。这些增加的内 灵 容不会降低本书用于更低年级的可能性。这些高级的课题相对独立，可 以略过而不会影响其连续性。此外，增加的内容并不多，这样教材的总长 度也没有明显的增加。本书还保持了原有的通俗易懂和结构紧凑的写作 阿 风格 第2版的变化还包括第2章中附加了一个燃料分子结构的简单讨论。 这一附录对于领会第2章中许多热化学概念是很有用的，同时也为第4章 和第5章中出现的化学动力学概念提供了背景知识。第4章中还增加了关 于局部平衡和特征时间尺度的讨论。而第5章则加入了甲烷燃烧动力学方 △ 面的最新成果(GRI-Mech),并且引入了甲烷-空气燃烧反应途径的图解以 给出甲烷燃烧动力学的清晰和完整的图像。第6章增加了一个全混流反应 器化学反应动力学的例子，是与CHEMKIN软件联用的又一个例子。在第 8章中，增加了对预混火焰结构方面的讨论，使我们对这一重要课题有更清 网 晰、更详细的了解。另外还专门增加了爆震一章（第16章），以满足在课堂 上希望包括这一内容的要求。逻辑上讲，这一部分内容可以跟在第2章或 第8章后。许多章节中还增加了习题和例题。对于那些需要用或最好用计
算机来求解的习题进行了专门标注。配书光盘中的计算机软件也根据Windows操作系统 燃烧学导论 的要求进行了更新。 作者希望这一新版书能继续为把本书作为基础教程的人员服务，同时本版中新增加的 内容能使本书用于高年级的课程学习。 概 Stephen R.Turns 与应用（第 于美国宾夕法尼亚州大学城
第 1 版 许多学工程的学生对燃烧和燃烧应用有很高的兴趣。尽管在许多大 学中开设有燃烧或与燃烧相关的大学生高年级课程，然而为这样的课程找 一本合适的教科书却是一件难事。本书是为满足燃烧入门的课程，特别为 大学生学习而设计的。作者在美国宾夕法尼亚州州立大学讲授一门燃烧 导论课，并需要写出一本导论性的教科书，这两个因素促成了本书的产生。 本书最初设想的对象是机械和相关工程领域的高年级学生，其他的读 者亦可发现此书为应用热学知识解决高等燃烧问题提供了桥梁。本书给 出了许多实例和习题，便于读者理解或联系实际。因此，希望一年级的研 究生和工程师们也可以从这些内容中获益。 在结构上，本书具有很大的灵活性。总共15章的内容对于只有一个学 期的课程显得太多了。本书可以使教师在规划一门课的内容时满足不同 内容和组合的需求，同时可以方便地使主题进行延伸或转换。以一个学期 的课程为例，选择第1~6,15,8,9,14章可以组成一个最通用的课程；而 如果是一门以火花点火的发动机为主的课程则可以选第1一6,8,12,15， 9章。 第1~3章的内容对于本科生来说是最基本的。第1章给出了燃烧和 火焰的定义及种类，介绍了燃烧产生的大气污染物的影响与控制，这部分 内容在第15章中有更详细的介绍。 n 第2章提供了学习燃烧所需的热化学知识。这一章强调了化学平衡对 燃烧的重要性。本书光盘中的软件给学生提供了一个简便的方法来计算 燃烧产物的复杂平衡。这一软件还可用于许多有趣的和辅助教学的项目 训练。第3章介绍传质，在全书中都采用将所有的传质处理为简单的二元 系统以简化理论推导的方法。除了在第7章中简单提到外，多元扩散的问 题留给更高级的课程去讲授。这样的简化有利于没有接触过传质的学生 很好地理解传质问题而不陷入其固有的复杂性。第3章采用了经典的斯蒂 芬问题和单液滴蒸发问题来阐明传质理论。 第4章和第5章讨论化学动力学问题，首先介绍基本概念（第4章），然 后讨论对于燃烧来说重要的化学机理和燃烧产生的大气污染物（第5章）。 除了介绍不可避免的复杂的碳氢化合物燃烧化学外，还引入了简化的一步 和多步反应动力学，并将化学动力学用于简单的分析与模型中，据此了解 简化动力学的作用与缺陷