燃烧化学：甲烷与空气的化学反应及燃烧条件

在将上述热力学原理应用于燃烧分析之前，需要回顾化学反应的一些基础概念。从反应过程来看，化学反应可以看作进入反应器（初始状态）的反应物向离开反应器（最终状态）产物的转化过程。例如，甲烷（CH4）与空气（21％O2和79％N2）一起进入反应器，假设O2与CH4的摩尔比为2：1。我们可以把燃烧1 mol CH4的过程写为

这里的产物是1 mol CO2，2 mol H2O和（2×79/21）mol N2。当然，我们在写反应方程式时，会省略中间部分而简单写为

上述反应称为完全燃烧反应，燃料中的所有C都被氧化为CO2，所有的H2都被氧化为H2O，这些化合物称为完全燃烧产物。如果没有过量的O2（在氧化过程中消耗了所有的O2），则特征燃料与O2的摩尔比称为化学计量比（CH4为1/2）。通过写出完整的化学计量反应，可以确定任意燃料CmHn的化学计量比为1/（m + n/4）：

但是，在实际的燃烧过程中，燃料与O2的摩尔比通常不为化学计量比。例如，汽油发动机在冷启动时燃烧条件通常略高于化学计量比，其原因将在后面讨论。为了描述实际燃烧过程中的燃料氧气比，可以引入当量比，即实际燃烧过程中燃料与O2的摩尔比与化学计量条件下燃烧的摩尔比：(www.xing528.com)

当然，可以用燃料与空气的摩尔比或燃料与O2和燃料与空气的质量比计算当量比。通过检查当量比，可以看出燃料/空气混合物的燃烧条件：如果φ=1，燃烧是在化学计量条件下反应；如果φ＜1，有多余的O2没有完全用于燃烧过程，这种燃烧反应称为贫燃料燃烧；如果，燃料较多，这种燃烧是富燃料燃烧：

在富燃料燃烧中，燃烧反应会产生不完全的燃烧产物，如CO和H2等。