燃烧学——一门新兴的科学 [复制链接]

第7版()
专栏：

燃烧学——一门新兴的科学
中国科学院动力研究室副研究员　吴承康
在“北京人”穴居的地方，考古工作者发现了用火的遗迹。这就表示远在几十万年以前，人已掌握了用火这一项极重要的技术。现在，整个人类所利用的能量，百分之九十几是从燃料经过燃烧而得来的。因此燃烧就成为能源利用的一个重要过程。在日常生活里，在工业企业中，在国防与科学的探索中，从生火取暖到宇宙火箭，其中莫不有或大或小的燃烧问题。在很多的场合，如锅炉、冶金炉、内燃机、燃气轮机、冲压式喷气机和火箭等重要的热能利用技术中，燃烧的适宜与否往往是一个关键性的问题。但是，人类虽已掌握了很多燃烧的技术，而对燃烧的详细过程，却知道得很少。燃烧设备也主要是根据大量试验所得的数据和经验来设计，而缺乏系统理论的基础。这是因为燃烧的化学物理过程是极复杂的。燃烧现象往往包括了同时进行的气体流动、分子扩散、传热和高温化学反应等过程。在各个单独学科还不太成熟的时候，他们的综合结果——燃烧，就更不易系统地加以理论的分析。又加以过去的燃烧设备，技术要求没有现在这样严格，发热强度还比较低。因此也没有大力从根本上来研究燃烧过程。但是近十几年来，世界上喷气推进技术高速度的发展，经常要求造出容积热强度（每立方公尺体积中每秒钟发出的千卡热量）高，运行范围广的燃烧室。而在燃烧室的设计试制工作中，必须经过大量的试验，所消耗的人力、物力和时间十分可观。这时就发现对燃烧基本过程的缺乏理解，阻碍了新的设计试制工作的顺利进行。因此对于燃烧过程，就不得不深入地从根本上去研究它，了解它，以求在设计、试制和试验中，有正确的理论指导。在燃烧基本研究大量开展的同时，燃烧学就形成为一门崭新的、高速发展的基础学科。燃烧学的发展，又促进了各种燃烧技术的改进。不过目前的燃烧基本理论，还大大落后于生产实践。这就是说，现在我们已经知道怎样去解决许多燃烧的技术问题，但是对于为什么要这样做和更进一步应该怎样做，还不是十分清楚的。
燃烧学的研究内容是燃烧的方法和燃烧的理论。这里面包括了对旧的燃烧方法的深入分析和改进，对新的燃烧方法的过程的分析和探索，燃烧基本现象的实验和理论研究等方面。这些研究和广大的工业需要有着密切的联系。例如要使大发电厂的锅炉尺寸缩小，节省材料和地位，必须采取强化燃烧的方法。现代的液态排渣旋风炉，是其中的一种。煤粉在强烈的热风旋涡中燃烧，灰分的熔渣，则在液体状态下由出渣口排出，容积发热强度可以很高。对于旋风炉内燃烧过程的研究，就能直接促进旋风炉的发展。而要深入研究这个燃烧过程，就必须对其中的基本规律——固体颗粒群在高速高温气流中的燃烧规律，有所掌握。由此也可看出基本理论和生产实践中的关系。又如柴油机的油耗率和运行粗暴性主要是受到燃烧过程的影响。最近出现的一种“控制气化球形燃烧室”能得到很高的燃烧效率，而且在使用低质燃料时，运行也很柔和。据说它的道理是使喷出的油涂在活塞顶部的球形燃烧室壁上，随即以一定的速度蒸发燃烧。这种燃烧过程究竟如何进行，是很值得研究的问题。在这类研究中，就要求对液体燃料的雾化、蒸发，对燃烧过程的基本理论有所掌握。高炉中焦炭和氧气的燃烧，是在极复杂的环境中进行的。这里，固体燃料床在鼓风压力下，进行着多种多样的气固两态的流体热力化学变化。这些过程的了解将对冶炼技术的改进起很大的作用。
我国地大物博，燃料资源十分丰富。为了要充分发挥各地燃料的作用，使它们能最合理地燃烧，必须尽快地对各种国产燃料的燃烧物理性质进行研究。例如各地出产的煤，在发电、冶金、运输等用途中的燃烧特性及其有关的物理性质；石油产品的燃烧、抗爆震、点火、腐蚀等性能；可燃矿物综合利用产品燃料的燃烧物理性质，都是重要的研究课题。知道了燃料的性能，就可以采用最适宜的燃烧方法。
在尖端性的新技术中，燃烧学更显得重要。高空飞行的喷气发动机的燃烧室，面临着很多新的问题。在烧燃室体积和重量受到严格限制时，要使火焰在高速气流中不致被吹熄，使大量的燃料在千分之几秒时间内，烧成高温的气体，从尾部排出，要使发动机能在高空起动，并在各种速度和加速度情况下维持良好的、无振荡的燃烧，就有必要研究高速气流中火焰稳定的基本原理和方法，振荡燃烧的理论，紊流火焰的传播，高速气流中液体燃料的雾化和点火，燃烧室中的辐射和散热等问题。在火箭燃烧室中，高温高压下的高速燃烧，点火和振荡燃烧，尾喷管中的化学反应等，都是关键问题。新的高能燃料燃烧研究，也是高速飞机、宇宙火箭等新技术中的必要研究项目。
燃烧学的研究方法，在目前主要是运用现代化的试验测量技术，对各种燃烧过程和现象进行实验观察。由于燃烧过程中往往牵涉到高温和高速的反应，在测量技术方面是有一些较高的要求的。另一方面，也要运用热力学、流体力学、物理力学、物理化学和传热学的定律，来建立符合实际的，有系统的燃烧理论。总的研究目的还是为了更快更好地找出新的有效燃烧方法，造出新的燃烧设备，使人类能更好地利用燃料能源。
在世界范围内，燃烧学的发展是较新的，而且正在以高速度发展着。苏联在这方面的成就，可以简单地用发射宇宙火箭这一件事来表明。除了这台火箭所表示的其他的科学技术的高度水平以外，在燃烧学方面如果没有世界最高的水平，也是无法发射的。苏联科学家、诺贝尔奖金获得者谢苗诺夫，是燃烧学方面创始性的权威学者。此外还有许多位有世界地位的燃烧学专家。他们的研究成果，已使燃烧学的体系建立起来，并在生产上起了很大的作用。
我国自解放以来，工业迅速地发展，在各种热能利用设备的设计、试制和运行中，发现了不少燃烧问题，对燃烧的深入研究提出了要求。工厂、学校和研究机构已研究和解决了许多生产上的问题。尤其是1958年，在全国大跃进的形势之下，工作人员发挥了敢想敢干的精神，大大推进了燃烧研究工作的开展。
我国在燃烧技术的研究改进方面，已取得了不少成果。对各种国产燃料，进行了大量的燃烧性能测定工作。在锅炉设备和运行技术方面，结合我国煤种，作了不少改进，因而使锅炉燃烧效率，达到相当高的水平。这里面有很多群众丰富经验的总结和群众在劳动中创造的成果。新的锅炉燃烧技术和旋风炉，亦已得到初步研究成果，正进行实地试验。在内燃机方面，也做出了高效率的柴油机燃烧室。深入的燃烧过程和燃烧基本理论的研究虽然还是刚刚开始，但是在全国工业迅速跃进的形势和党的正确领导之下，这门新的学科一定会很快地发展起来。
燃烧学的涉及面是非常广阔的，燃烧研究的意义是非常重大的。这一门新兴的科学，在我国已经有了良好的开端。不久的将来，我国的燃烧学将有一支相当大的研究队伍，并将在我国的经济建设中起到应有的作用。