การเผาไหม้[ 1 ^{] เป็น}ปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์คาย ความร้อนที่ อุณหภูมิสูงระหว่างเชื้อเพลิง (ตัวรีดิวซ์) และตัวออกซิไดซ์ ซึ่งโดยทั่วไป ^คือออกซิเจนในบรรยากาศทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ออกซิไดซ์ ซึ่งมักเป็นผลิตภัณฑ์ในรูปก๊าซ ในส่วนผสมที่เรียกว่าควันการเผาไหม้ไม่ได้ทำให้เกิดไฟ เสมอไป เพราะเปลวไฟจะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อสารที่กำลังเผาไหม้กลายเป็นไอ แต่เมื่อเกิดเปลวไฟขึ้น เปลวไฟจะเป็นตัวบ่งชี้ลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยา ในขณะที่ ต้องมีการให้ พลังงานกระตุ้นเพื่อเริ่มต้นการเผาไหม้ (เช่น การใช้ไม้ขีดไฟจุดไฟ) ความร้อนจากเปลวไฟอาจให้พลังงานเพียงพอที่จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เอง การศึกษาเกี่ยวกับการเผาไหม้เรียกว่าวิทยาศาสตร์การเผาไหม้

การเผาไหม้มักเป็นลำดับปฏิกิริยาพื้นฐาน ที่ซับซ้อน เชื้อเพลิงแข็งเช่นไม้และถ่านหินจะผ่านกระบวนการไพโรไลซิสแบบดูดความร้อนก่อนเพื่อผลิตเชื้อเพลิงก๊าซ ซึ่งการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงก๊าซจะให้ความร้อนที่จำเป็นในการผลิตเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น การเผาไหม้มักมีความร้อนสูงพอที่จะทำให้เกิดแสงสว่างในรูปแบบของแสงเรืองหรือเปลวไฟตัวอย่างง่ายๆ สามารถเห็นได้จากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนและออกซิเจนกลายเป็นไอน้ำซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ใช้กันทั่วไปในการเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดปฏิกิริยานี้ปล่อยความร้อน 242 กิโลจูลต่อโมลและลดเอนทาลปีลงตามไปด้วย (ที่อุณหภูมิและความดันคงที่):  

${\displaystyle {\ce {2H_{2}(g){+}O_{2}(g)\rightarrow 2H_{2}O\uparrow }}}$

การเผาไหม้ในอากาศโดยไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต้องใช้ความร้อนค่อนข้างสูง การเผาไหม้สมบูรณ์เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมี ของ เชื้อเพลิง กล่าวคือไม่มีเชื้อเพลิงเหลืออยู่ และในอุดมคติแล้วไม่มีสารออกซิไดซ์ตกค้าง ในทางเทอร์โมไดนามิกส์ สมดุลทางเคมีของการเผาไหม้ในอากาศจะเอนไปทางด้านผลิตภัณฑ์อย่างมาก อย่างไรก็ตาม การเผาไหม้สมบูรณ์นั้นแทบเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากสมดุลทางเคมีอาจไม่เกิดขึ้นเสมอไป หรืออาจมีผลิตภัณฑ์ที่ยังไม่เผาไหม้ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจนและแม้แต่คาร์บอน ( เขม่าหรือเถ้า)ดังนั้นควันไฟ ที่เกิดขึ้น จึงมักเป็นพิษและมีผลิตภัณฑ์ที่ยังไม่เผาไหม้หรือถูกออกซิไดซ์บางส่วน การเผาไหม้ใดๆ ที่อุณหภูมิสูงในอากาศ ในชั้น บรรยากาศ ซึ่งมี ไนโตรเจน 78 เปอร์เซ็นต์จะสร้างออกไซด์ของไนโตรเจน หลายชนิดในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าNOxเนื่องจากทางเทอร์โมไดนามิกส์ การเผาไหม้ของไนโตรเจนจะเกิดขึ้นได้ดีที่อุณหภูมิสูง แต่ไม่ใช่ที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากการเผาไหม้มักไม่สะอาด การทำความสะอาดก๊าซเชื้อเพลิงหรือตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยาอาจเป็นข้อกำหนดตามกฎหมาย

ไฟเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เกิดจากฟ้าผ่าหรือจากผลิตภัณฑ์ภูเขาไฟ การเผาไหม้ ( ไฟ ) เป็นปฏิกิริยาเคมี ที่มนุษย์ควบคุมได้เป็นครั้งแรก ในรูปแบบของกองไฟ และยังคงเป็นวิธีการหลักในการผลิตพลังงานสำหรับมนุษยชาติ โดยปกติแล้วเชื้อเพลิงจะเป็นไฮโดรเจน ไฮโดรคาร์บอน(สารประกอบที่มีส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอน) หรือส่วนผสมที่ซับซ้อนกว่า เช่นไม้ที่มีไฮโดรคาร์บอนที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วน พลังงานความร้อนที่ผลิตจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินหรือน้ำมันหรือจากเชื้อเพลิงหมุนเวียนเช่นฟืนจะถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่นการปรุงอาหารการผลิตไฟฟ้าหรือการให้ความร้อนในอุตสาหกรรมหรือในครัวเรือน ปัจจุบันการเผาไหม้ยังเป็นปฏิกิริยาเดียวที่ใช้ในการขับเคลื่อนจรวดการเผาไหม้ยังใช้ในการทำลาย ( เผาทำลาย ) ขยะทั้งที่ไม่เป็นอันตรายและเป็นอันตราย

สารออกซิไดซ์สำหรับการเผาไหม้มีศักยภาพในการออกซิเดชันสูง และได้แก่ออกซิเจน ในบรรยากาศ หรือ ออกซิเจนบริสุทธิ์ คลอรีนฟลูออรีนคลอรีนไตรฟลูออไรด์ ไนตรัสออกไซด์และกรดไนตริกตัวอย่างเช่นไฮโดรเจนเผาไหม้ในคลอรีนเพื่อสร้างไฮโดรเจนคลอไรด์ พร้อมกับการปลดปล่อยความร้อนและแสงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเผาไหม้ แม้ว่าโดยปกติแล้ว จะไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา แต่การเผาไหม้สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ด้วยแพลทินัมหรือวานาเดียมเช่นในกระบวนการ สัมผัส

ในการเผาไหม้สมบูรณ์ สารตั้งต้นจะเผาไหม้ในออกซิเจนและให้ผลผลิตจำนวนจำกัด เมื่อไฮโดรคาร์บอนเผาไหม้ในออกซิเจน ปฏิกิริยาจะให้ผลผลิตหลักคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ เมื่อธาตุต่างๆ ถูกเผาไหม้ ผลผลิตหลักจะเป็นออกไซด์ที่พบได้ทั่วไป คาร์บอนจะให้คาร์บอนไดออกไซด์ซัลเฟอร์จะให้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเหล็กจะให้เหล็ก(III)ออกไซด์ไนโตรเจนไม่ถือว่าเป็นสารที่ติดไฟได้เมื่อออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์อย่างไรก็ตาม ออกไซด์ของไนโตรเจนต่างๆ ในปริมาณเล็กน้อย (โดยทั่วไปเรียกว่าNO) ก็สามารถติดไฟได้_xสารประกอบเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่ออากาศมีสภาวะออกซิเดชัน

การเผาไหม้ไม่จำเป็นต้องเอื้อต่อการออกซิเดชันในระดับสูงสุดเสมอไป และอาจขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่นซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ไม่ได้ถูกผลิตขึ้นในปริมาณที่แน่นอนจากการเผาไหม้ของซัลเฟอร์ สารประกอบ NO _xปรากฏในปริมาณมากที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 2,800 °F (1,540 °C) และจะผลิตมากขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น ปริมาณของNO _xยังเป็นฟังก์ชันของออกซิเจนส่วนเกินอีกด้วย^{[ 2 ]}

ในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่และในกรณีเกิดเพลิงไหม้อากาศเป็นแหล่งกำเนิดของออกซิเจน ( O₂)₂ในอากาศ ออกซิเจนแต่ละโมลจะผสมกับประมาณไนโตรเจน3.71  โมล ไนโตรเจนไม่ได้มีส่วนร่วมในการเผาไหม้ แต่ที่อุณหภูมิสูง ไนโตรเจนบางส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็น NO_x(ส่วนใหญ่เป็นNO โดยมี NOในปริมาณที่น้อยกว่ามาก)₂ในทางกลับกัน เมื่อมีออกซิเจนไม่เพียงพอที่จะเผาไหม้เชื้อเพลิงได้อย่างสมบูรณ์ คาร์บอนในเชื้อเพลิงบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนบางส่วนจะยังคงไม่ทำปฏิกิริยา ดังนั้น ชุดสมการที่สมบูรณ์สำหรับการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนในอากาศ จึงจำเป็นต้องมีการคำนวณเพิ่มเติมสำหรับการกระจายตัวของออกซิเจนระหว่างคาร์บอนและไฮโดรเจนในเชื้อเพลิง

ปริมาณอากาศที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้สมบูรณ์เรียกว่า "อากาศตามทฤษฎี" หรือ "อากาศตามสัดส่วนทางเคมี" ^{[ 3 ]}ปริมาณอากาศที่มากกว่าค่านี้ซึ่งจำเป็นจริง ๆ สำหรับการเผาไหม้ที่เหมาะสมเรียกว่า "อากาศส่วนเกิน" และอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 5% สำหรับหม้อไอน้ำก๊าซธรรมชาติ ไปจนถึง 40% สำหรับ ถ่านหิน แอนทราไซต์และ 300% สำหรับกังหันก๊าซ^{[ 4 ]}

การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนไม่เพียงพอที่จะทำให้เชื้อเพลิงทำปฏิกิริยาได้อย่างสมบูรณ์เพื่อผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ^{[ 5 ]}นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นเมื่อการเผาไหม้ถูกดับโดยตัวดูดความร้อน เช่น พื้นผิวแข็งหรือกับดักเปลวไฟ เช่นเดียวกับการเผาไหม้สมบูรณ์ น้ำจะถูกผลิตขึ้นจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม จะมีการผลิต คาร์บอนและคาร์บอนมอนอกไซด์แทนที่จะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์

สำหรับเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ เช่น น้ำมันดีเซล ถ่านหิน หรือไม้การสลายตัวด้วยความร้อนจะเกิดขึ้นก่อนการเผาไหม้ ในการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนจะยังคงไม่ถูกเผาไหม้และปนเปื้อนควันด้วยอนุภาคและก๊าซที่เป็นอันตราย สารประกอบที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วนก็เป็นสิ่งที่น่ากังวลเช่นกัน การออกซิเดชันบางส่วนของเอทานอลสามารถก่อให้เกิดอะเซทัลดีไฮด์ ที่เป็นอันตราย และคาร์บอนสามารถก่อให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นพิษได้

การออกแบบอุปกรณ์เผาไหม้สามารถปรับปรุงคุณภาพการเผาไหม้ได้ เช่นหัวเผาและเครื่องยนต์สันดาปภายในการปรับปรุงเพิ่มเติมสามารถทำได้โดย อุปกรณ์เผาไหม้เพิ่มเติมแบบเร่ง ปฏิกิริยา (เช่นตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยา ) หรือโดยการนำ ก๊าซไอเสียบางส่วนกลับเข้าสู่กระบวนการเผาไหม้ อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นข้อกำหนดตามกฎหมายด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับรถยนต์ในประเทศส่วนใหญ่ และอาจจำเป็นเพื่อให้เครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่ เช่นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถผ่านมาตรฐานการปล่อยมลพิษ ตามกฎหมาย ได้

ระดับการเผาไหม้สามารถวัดและวิเคราะห์ได้ด้วยอุปกรณ์ทดสอบผู้รับเหมาด้านระบบปรับอากาศนักดับเพลิงและวิศวกรใช้เครื่องวิเคราะห์การเผาไหม้เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของหัวเผาในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในก็สามารถวัดได้ด้วยวิธีนี้ และบางรัฐและเทศบาลท้องถิ่นในสหรัฐอเมริกาใช้การวิเคราะห์การเผาไหม้เพื่อกำหนดและประเมินประสิทธิภาพของยานพาหนะบนท้องถนนในปัจจุบัน

คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์^{[ 6 ]}การเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ทำให้เกิดความร้อนน้อยกว่าการเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นการเผาไหม้ที่สมบูรณ์จึงเป็นที่ต้องการอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นก๊าซพิษ เมื่อสูดดมเข้าไป คาร์บอนมอนอกไซด์จะเข้าไปแทนที่ออกซิเจนและรวมตัวกับฮีโมโกลบินบางส่วนในเลือด ทำให้เลือดไม่สามารถขนส่งออกซิเจนได้^{[ 7 ]}

ออกไซด์เหล่านี้รวมตัวกับน้ำและออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ก่อให้เกิดกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกซึ่งกลับคืนสู่พื้นผิวโลกในรูปของการตกตะกอนของกรด หรือ "ฝนกรด" การตกตะกอนของกรดเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและทำให้ต้นไม้ตาย เนื่องจากการก่อตัวของสารอาหารบางชนิดที่พืชดูดซึมได้น้อยลง เช่น แคลเซียมและฟอสฟอรัส จึงลดผลผลิตของระบบนิเวศและฟาร์ม ปัญหาเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจนออกไซด์คือ พวกมันร่วมกับ มลพิษ ไฮโดรคาร์บอนมีส่วนทำให้เกิดโอโซนระดับพื้นดินซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของหมอกควัน^{[ 8 ]}

การหายใจเอาคาร์บอนมอนอกไซด์เข้าไปทำให้เกิดอาการปวดหัว เวียนศีรษะ อาเจียน และคลื่นไส้ หากระดับคาร์บอนมอนอกไซด์สูงมากพอ มนุษย์อาจหมดสติหรือเสียชีวิตได้ การสัมผัสกับคาร์บอนมอนอกไซด์ในระดับปานกลางและสูงเป็นเวลานานมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความเสี่ยงของโรคหัวใจ ผู้ที่รอดชีวิตจากการได้รับพิษคาร์บอนมอนอกไซด์ อย่างรุนแรง อาจประสบปัญหาสุขภาพในระยะยาว^{[ 9 ]}คาร์บอนมอนอกไซด์จากอากาศจะถูกดูดซึมเข้าสู่ปอด จากนั้นจะจับกับฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงของมนุษย์ ซึ่งจะลดความสามารถของเม็ดเลือดแดงในการขนส่งออกซิเจนไปทั่วร่างกาย

การเผาไหม้แบบค่อยๆ ลุกไหม้ (Smoldering)คือการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นช้าๆ อุณหภูมิต่ำ และไม่มีเปลวไฟ เกิดจากความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนทำปฏิกิริยาโดยตรงกับพื้นผิวของเชื้อเพลิงในสถานะของแข็ง โดยทั่วไปแล้วเป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ วัสดุแข็งที่สามารถทำให้เกิดการเผาไหม้แบบค่อยๆ ลุกไหม้ได้ ได้แก่ ถ่านหินเซลลูโลสไม้ฝ้ายยาสูบพีทเศษใบไม้ฮิวมัสโฟมสังเคราะห์โพลิเมอร์ที่ไหม้เกรียม(รวมถึงโฟมโพลียูรีเทน ) และฝุ่นตัวอย่างทั่วไปของปรากฏการณ์การเผาไหม้แบบค่อยๆ ลุกไหม้ ได้แก่ การเริ่มต้นของไฟไหม้บ้านเรือนบนเฟอร์นิเจอร์หุ้มเบาะโดยแหล่งความร้อนอ่อนๆ (เช่น บุหรี่ สายไฟลัดวงจร) และการเผาไหม้ของชีวมวล ที่ยังคงอยู่ ด้านหลังแนวเปลวไฟของไฟ ป่า

การเผาไหม้โดยธรรมชาติเป็นการเผาไหม้ประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นจากการให้ความร้อนด้วยตนเอง (อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจาก ปฏิกิริยาภายใน ที่คายความร้อน ) ตามด้วยการเกิดความร้อนอย่างรวดเร็ว (การให้ความร้อนด้วยตนเองซึ่งเร่งอุณหภูมิให้สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว) และสุดท้ายคือการจุดติดไฟ ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัสจะจุดติดไฟเองที่อุณหภูมิห้องโดยไม่ต้องใช้ความร้อน วัสดุอินทรีย์ที่ผ่านกระบวนการหมักปุ๋ย โดยแบคทีเรีย สามารถสร้างความร้อนได้มากพอที่จะถึงจุดของการเผาไหม้^{[ 10 ]}

การเผาไหม้ที่ทำให้เกิดเปลวไฟปั่นป่วนเป็นรูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดในงานอุตสาหกรรม (เช่นกังหันก๊าซเครื่องยนต์เบนซินฯลฯ) เนื่องจากความปั่นป่วนช่วยในกระบวนการผสมระหว่างเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์

คำว่า 'ไมโคร' กราวิตี้ หมายถึง สภาวะแรงโน้มถ่วงที่ 'ต่ำ' (เช่น 'ไมโคร' ในความหมายของ 'เล็ก' และไม่จำเป็นต้องเป็นหนึ่งในล้านของแรงโน้มถ่วงปกติของโลก) ซึ่งอิทธิพลของแรงลอยตัวต่อกระบวนการทางกายภาพอาจถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับกระบวนการไหลอื่นๆ ที่จะเกิดขึ้นในสภาวะแรงโน้มถ่วงปกติ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ พลวัตการถ่ายเทความร้อนและการไหลอาจมีพฤติกรรมที่แตกต่างไปจากสภาวะแรงโน้มถ่วงปกติ (เช่น เปลว เทียนจะมีรูปร่างเป็นทรงกลม^{[ 11 ]} ) การวิจัยการเผาไหม้ในสภาวะไมโครกราวิตี้มีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจแง่มุมต่างๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับทั้งสภาพแวดล้อมของยานอวกาศ (เช่น พลวัตของไฟที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของลูกเรือบนสถานีอวกาศนานาชาติ ) และสภาวะบนโลก (เช่น พลวัตการเผาไหม้ของหยดน้ำเพื่อช่วยในการพัฒนาเชื้อเพลิงผสมใหม่สำหรับการเผาไหม้ที่ดีขึ้นกระบวนการผลิตวัสดุการจัดการความร้อนของระบบอิเล็กทรอนิกส์ พลวัตการเดือดของการไหลแบบหลายเฟส และอื่นๆ อีกมากมาย)

กระบวนการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นในปริมาตรเล็กมากเรียกว่าการเผาไหม้ระดับจุลภาค อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรที่สูงทำให้การสูญเสียความร้อนจำเพาะเพิ่มขึ้น ระยะ การดับไฟมีบทบาทสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของเปลวไฟในห้องเผาไหม้ ดัง กล่าว

โดยทั่วไปสมการเคมีสำหรับ การเผาไหม้ แบบสัดส่วนที่เหมาะสมของไฮโดรคาร์บอนในออกซิเจนคือ:

${\displaystyle {\ce {C}}_{x}{\ce {H}}_{y}+\left(x+{y \over 4}\right){\ce {O2->}}x{\ce {CO2}}+{y \over 2}{\ce {H2O}}}$

ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้แบบสัดส่วนทางเคมีของมีเทนในออกซิเจนคือ:

${\displaystyle {\ce {{\underset {methane}{CH4}}+ 2O2 -> CO2 + 2H2O}}}$

หากการเผาไหม้แบบสัดส่วนทางเคมีเกิดขึ้นโดยใช้อากาศเป็นแหล่งออกซิเจนไนโตรเจนที่มีอยู่ในอากาศ ( ชั้นบรรยากาศของโลก ) สามารถเพิ่มเข้าไปในสมการได้ (แม้ว่าจะไม่ทำปฏิกิริยา) เพื่อแสดงองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงในอากาศและองค์ประกอบของก๊าซไอเสียที่เกิดขึ้น การถือว่าส่วนประกอบที่ไม่ใช่ออกซิเจนทั้งหมดในอากาศเป็นไนโตรเจนจะให้สัดส่วน "ไนโตรเจน" ต่อออกซิเจนเท่ากับ 3.77 นั่นคือ (100% − O)₂%) / O₂% ที่O₂ร้อยละคือ 20.95% ของปริมาตร:

${\displaystyle {\ce {C}__{x}{\ce {H}__{y}+z{\ce {O2}}+3.77z{\ce {N2 ->}}x{\ce {CO2}}+{y \over 2}{\ce {H2O}}+3.77z{\ce {N2}}}$

ที่ไหน. ${\displaystyle z=x+{y \over 4}}$

ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้แบบสัดส่วนทางเคมีของมีเทนในอากาศมีดังนี้:

${\displaystyle {\ce {{\underset {มีเทน}{CH4}}+ 2O2}}+7.54{\ce {N2-> CO2 + 2H2O}}+7.54{\ce {N2}}}$

องค์ประกอบทางเคมีเชิงปริมาณของมีเทนในอากาศคือ 1 / (1 + 2 + 7.54) = 9.49% โดยปริมาตร

ปฏิกิริยาการเผาไหม้แบบสัดส่วนทางเคมีสำหรับ C _α H _β O _γในอากาศ:

${\displaystyle {\ce {C_{\mathit {\alpha }}H_{\mathit {\beta }}O_{\mathit {\gamma }}}}+\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}\right)\left({\ce {O_{2}}}+3.77{\ce {N_{2}}}\right)\longrightarrow \alpha {\ce {CO_{2}}}+{\frac {\beta }{2}}{\ce {H_{2}O}}+3.77\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}\right){\ce {N_{2}}}}$

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ปริมาณสัมพันธ์สำหรับ C _α H _β O _γ S _δ :

${\displaystyle {\ce {C_{\mathit {\alpha }}H_{\mathit {\beta }}O_{\mathit {\gamma }}S_{\mathit {\delta }}}}+\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}+\delta \right)\left({\ce {O_{2}}}+3.77{\ce {N_{2}}}\right)\longrightarrow \alpha {\ce {CO_{2}}}+{\frac {\beta }{2}}{\ce {H_{2}O}}+\delta {\ce {SO_{2}}}+3.77\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}+\delta \right){\ce {N_{2}}}}$

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ปริมาณสัมพันธ์สำหรับ C _α H _β O _γ N _δ S _ε :

${\displaystyle {\ce {C_{\mathit {\alpha }}H_{\mathit {\beta }}O_{\mathit {\gamma }}N_{\mathit {\delta }}S_{\mathit {\epsilon }}}}+\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}+\epsilon \right)\left({\ce {O_{2}}}+3.77{\ce {N_{2}}}\right)\longrightarrow \alpha {\ce {CO_{2}}}+{\frac {\beta }{2}}{\ce {H_{2}O}}+\epsilon {\ce {SO_{2}}}+\left(3.77\left(\alpha +{\frac {\beta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}+\epsilon \right)+{\frac {\delta }{2}}\right){\ce {N_{2}}}}$

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ปริมาณสัมพันธ์สำหรับ C _α H _β O _γ F _δ :

${\displaystyle {\ce {C_{\mathit {\alpha }}H_{\mathit {\beta }}O_{\mathit {\gamma }}F_{\mathit {\delta }}}}+\left(\alpha +{\frac {\beta -\delta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}\right)\left({\ce {O_{2}}}+3.77{\ce {N_{2}}}\right)\longrightarrow \alpha {\ce {CO_{2}}}+{\frac {\beta -\delta }{2}}{\ce {H_{2}O}}+\delta {\ce {HF}}+3.77\left(\alpha +{\frac {\beta -\delta }{4}}-{\frac {\gamma }{2}}\right){\ce {N_{2}}}}$

เมื่อ อุณหภูมิของเปลวไฟสูงกว่าประมาณสารอื่นๆ อีกหลายชนิดจะเริ่มปรากฏในปริมาณมากในผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้1600  Kเมื่อใช้อากาศมากเกินไป ไนโตรเจนอาจเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกลายเป็นNOและในระดับที่น้อยกว่ามาก กลายเป็นNO₂CO เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการแตกตัวของ_CO₂และH₂และOH เกิด _ขึ้นจากปฏิกิริยาการแตกตัวของ H₂O

ตัวอย่างเช่น เมื่อโพรเพน 1 โม  ลถูกเผาไหม้ด้วยเมื่อใช้อากาศ 28.6  โมล (120% ของปริมาณตามสัดส่วนทางเคมี) ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะมีออกซิเจน 3.3%₂. ที่ที่อุณหภูมิ1400  K ผลิตภัณฑ์ จาก การเผาไหม้ ที่สมดุล จะมี NO 0.03% และOH 0.002%ที่อุณหภูมิ 1800  Kผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ประกอบด้วยNO 0.17%, OH 0.05% , CO 0.01% และH 0.004%₂[ ^{12 ]​}

เครื่องยนต์ดีเซลทำงานโดยใช้ออกซิเจนในปริมาณที่มากเกินไปเพื่อเผาไหม้อนุภาค ขนาดเล็ก ซึ่งมักจะเกิดขึ้นได้เมื่อใช้ออกซิเจนในปริมาณที่เหมาะสม ส่งผลให้เกิด การปล่อย ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ออกมาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ทั้งสหรัฐอเมริกาและสหภาพยุโรปบังคับใช้ข้อจำกัดเกี่ยวกับการปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์จากยานยนต์ ซึ่งจำเป็นต้องใช้ตัวแปลงไอเสีย แบบพิเศษ หรือการบำบัดไอเสียด้วยยูเรีย (ดูน้ำยาบำบัดไอเสียดีเซล )

การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ (บางส่วน) ของไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจนจะทำให้เกิดส่วนผสมของก๊าซที่มีCO เป็นหลัก₂, CO , H ₂ OและH₂ส่วนผสมของก๊าซดังกล่าวมักถูกเตรียมเพื่อใช้เป็นบรรยากาศป้องกันสำหรับการอบชุบโลหะด้วยความร้อนและสำหรับ การคาร์บอน ไนซ์ด้วยก๊าซ^{[ 13 ]}สมการปฏิกิริยาทั่วไปสำหรับการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ของไฮโดรคาร์บอน หนึ่ง โมล ในออกซิเจนคือ:

${\displaystyle {\ce {{\underset {fuel}{C_{\mathit {x}}H_{\mathit {y}}}}+{\underset {oxygen}{{\mathit {z}}O2}}->{\underset {carbon\ dioxide}{{\mathit {a}}CO2}}+{\underset {carbon\ monoxide}{{\mathit {b}}CO}}+{\underset {water}{{\mathit {c}}H2O}}+{\underset {hydrogen}{{\mathit {d}}H2}}}}}$

เมื่อค่า zลดลงต่ำกว่าประมาณ 50% ของค่าทางเคมีเชิงปริมาณCH₄สามารถกลายเป็นผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่สำคัญได้ เมื่อค่า zลดลงต่ำกว่าประมาณ 35% ของค่าสัดส่วนทางเคมีคาร์บอน ธาตุ อาจมีความเสถียรมากขึ้น

ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์สามารถคำนวณได้โดยใช้สมดุลของวัสดุพร้อมกับสมมติฐานว่าผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ถึงสมดุล^{[ 14 ] [ 15 ]}ตัวอย่างเช่น ในการเผาไหม้โพรเพนหนึ่งโมล ( C )₃ชม₈) โดยมี Oสี่โมล₂เกิดก๊าซจากการเผาไหม้ 7 โมล และค่าzเท่ากับ 80% ของค่าสัดส่วนทางเคมี สมการสมดุลของธาตุทั้งสามมีดังนี้:

• คาร์บอน:${\displaystyle a+b=3}$
• ไฮโดรเจน:${\displaystyle 2c+2d=8}$
• ออกซิเจน:${\displaystyle 2a+b+c=8}$

สมการทั้งสามนี้ไม่เพียงพอที่จะใช้คำนวณองค์ประกอบของก๊าซจากการเผาไหม้ได้ อย่างไรก็ตาม ณ ตำแหน่งสมดุลปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำจะให้สมการอีกสมการหนึ่งดังนี้:

${\displaystyle {\ce {CO + H2O -> CO2 + H2}}}$;${\displaystyle K_{eq}={\frac {a\times d}{b\times c}}}$

ตัวอย่างเช่น ที่_{ที่ อุณหภูมิ} 1200  Kค่าKeqคือ 0.728 ^{[ 16 ]}เมื่อแก้สมการแล้ว ก๊าซเผาไหม้ประกอบด้วย H2O 42.4% , _CO2 29.0 _%และH 14.7%₂และมีCO 13.9% คาร์บอนจะกลายเป็นสถานะเสถียรที่1200  Kและที่ความดัน 1  บรรยากาศ เมื่อ z น้อยกว่า 30% ของค่าสัดส่วนทางเคมี ณ จุดนั้น ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะมี Hมากกว่า 98%₂และCO และ CHประมาณ 0.5%₄.

สารหรือวัสดุที่สามารถเผาไหม้ได้เรียกว่าเชื้อเพลิงตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ โพรเพนน้ำมันก๊าดดีเซลน้ำมันเบนซินถ่านไม้ ถ่านหิน ไม้ ฯลฯ

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเหลวในบรรยากาศออกซิไดซ์นั้นเกิดขึ้นในสถานะแก๊ส สิ่งที่เผาไหม้คือไอ ไม่ใช่ของเหลว ดังนั้นโดยปกติแล้วของเหลวจะติดไฟได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดวาบไฟ เท่านั้น จุดวาบไฟของเชื้อเพลิงเหลวคืออุณหภูมิต่ำสุดที่มันสามารถผสมกับอากาศและติดไฟได้ เป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่มีเชื้อเพลิงระเหยในอากาศมากพอที่จะเริ่มการเผาไหม้ได้

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงก๊าซอาจเกิดขึ้นได้จากการเผาไหม้ 4 ประเภทที่แตกต่างกัน ได้แก่เปลวไฟแบบแพร่กระจายเปลวไฟแบบผสมล่วงหน้าแนวปฏิกิริยาแบบจุดติดเองหรือการระเบิด[ ^{17 ] ประเภท}ของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นจริงนั้นขึ้นอยู่กับระดับ การผสม ของเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ก่อนการให้ความร้อน ตัวอย่างเช่น เปลวไฟแบบแพร่กระจายจะเกิดขึ้นหากเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์แยกออกจากกันในตอนเริ่มต้น ในขณะที่เปลวไฟแบบผสมล่วงหน้าจะเกิดขึ้นในกรณีอื่น ในทำนองเดียวกัน ประเภทของการเผาไหม้ยังขึ้นอยู่กับความดันด้วย ตัวอย่างเช่น การระเบิดเป็นแนวปฏิกิริยาแบบจุดติดเองที่เชื่อมโยงกับคลื่นกระแทกที่รุนแรง ทำให้มีลักษณะเฉพาะคือมีความดันสูงสุดและความเร็วในการระเบิดสูง^{[ 17 ]}

กระบวนการเผาไหม้ประกอบด้วยสามขั้นตอนที่ค่อนข้างแตกต่างกันแต่ก็ทับซ้อนกันอยู่:

• ขั้นตอนการอุ่นล่วงหน้าคือขั้นตอนที่เชื้อเพลิง ที่ยังไม่เผาไหม้ ถูกทำให้ร้อนขึ้นจนถึงจุดวาบไฟและจุดติดไฟก๊าซไวไฟจะเริ่มเกิดขึ้นในกระบวนการที่คล้ายกับ การ กลั่นแห้ง
• ขั้นตอนการกลั่นหรือขั้นตอนก๊าซ เกิดขึ้นเมื่อส่วนผสมของก๊าซไวไฟที่เกิดขึ้นกับออกซิเจนถูกจุดติดไฟ พลังงานจะถูกผลิตขึ้นในรูปของความร้อนและแสงเปลวไฟมักจะมองเห็นได้ การถ่ายเทความร้อนจากการเผาไหม้ไปยังของแข็งจะช่วยรักษาการเกิดไอระเหยไวไฟต่อไป
• สถานะถ่านหรือสถานะของแข็งคือ สถานะที่ปริมาณก๊าซไวไฟที่ปล่อยออกมาจากวัสดุนั้นต่ำเกินไป ทำให้เปลวไฟไม่สามารถลุกไหม้ได้อย่างต่อเนื่อง และ เชื้อเพลิง ที่ไหม้เกรียมแล้วจะไม่ลุกไหม้อย่างรวดเร็ว แต่จะเพียงแค่เรืองแสงและต่อมาก็จะค่อยๆมอดไหม้ไป

การให้ความร้อนในกระบวนการอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องอาศัยการนำ ความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง กลับคืน สู่วัสดุที่กำลังดำเนินการให้ได้ มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ^{[ 18 ] [ 19 ]}มีการสูญเสียหลายช่องทางในการดำเนินงานของกระบวนการให้ความร้อน โดยทั่วไป การสูญเสียที่สำคัญที่สุดคือความร้อนสัมผัสที่หายไปพร้อมกับก๊าซไอเสีย (เช่นก๊าซไอเสีย ) อุณหภูมิและปริมาณของก๊าซไอเสียบ่งบอกถึงปริมาณความร้อน ( เอนทาลปี ) ดังนั้นการรักษาปริมาณให้ต่ำจะช่วยลดการสูญเสียความร้อนได้

ในเตาเผาที่สมบูรณ์แบบ อัตราการไหลของอากาศสำหรับการเผาไหม้จะสัมพันธ์กับอัตราการไหลของเชื้อเพลิง เพื่อให้โมเลกุลของเชื้อเพลิงแต่ละโมเลกุลได้รับออกซิเจนในปริมาณที่พอดีสำหรับการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ในโลกแห่งความเป็นจริง การเผาไหม้ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์แบบ เชื้อเพลิงที่เผาไหม้ไม่หมด (โดยปกติคือCOและH₂) จะยังคงอยู่₂ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากระบบ (CH₄) แสดงถึงการสูญเสียค่าความร้อน (รวมถึงอันตรายด้านความปลอดภัย) เนื่องจากสารที่ติดไฟได้นั้นไม่พึงประสงค์ในก๊าซที่ปล่อยออกมา ในขณะที่การมีออกซิเจนที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาอยู่นั้นก่อให้เกิดความกังวลด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมน้อยมาก หลักการแรกของการจัดการการเผาไหม้จึงเป็นการให้ออกซิเจนมากกว่าที่จำเป็นตามทฤษฎีเพื่อให้แน่ใจว่าเชื้อเพลิงทั้งหมดเผาไหม้หมด สำหรับมีเทน ( CH₄)₄ตัวอย่างเช่น ในการเผาไหม้ จำเป็นต้องใช้โมเลกุลออกซิเจนมากกว่าสองโมเลกุลเล็กน้อย

อย่างไรก็ตาม หลักการข้อที่สองของการจัดการการเผาไหม้คือการไม่ใช้ออกซิเจนมากเกินไป ปริมาณออกซิเจนที่ถูกต้องต้องอาศัยการวัดสามประเภท ได้แก่ ประการแรก การควบคุมการไหลของอากาศและเชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพ ประการที่สอง การวัดออกซิเจนในก๊าซไอเสีย และประการที่สาม การวัดสารที่ติดไฟได้ในก๊าซไอเสีย สำหรับกระบวนการให้ความร้อนแต่ละครั้ง จะมีสภาวะที่เหมาะสมที่สุดซึ่งมีการสูญเสียความร้อนในก๊าซไอเสียน้อยที่สุดและมีความเข้มข้นของสารที่ติดไฟได้ในระดับที่ยอมรับได้ การลดออกซิเจนส่วนเกินให้น้อยที่สุดจะให้ประโยชน์เพิ่มเติมคือ สำหรับอุณหภูมิก๊าซไอเสียที่กำหนด ระดับ NOxจะต่ำที่สุดเมื่อรักษาออกซิเจนส่วนเกินให้น้อยที่สุด^{[ 2 ]}

การยึดมั่นในหลักการทั้งสองนี้ได้รับการส่งเสริมโดยการสร้างสมดุลของวัสดุและความร้อนในกระบวนการเผาไหม้^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}สมดุลของวัสดุจะเชื่อมโยงอัตราส่วนอากาศ/เชื้อเพลิงกับเปอร์เซ็นต์ของO โดยตรง₂ในก๊าซเผาไหม้ สมดุลความร้อนเกี่ยวข้องกับความร้อนที่มีอยู่สำหรับประจุกับความร้อนสุทธิโดยรวมที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง^{[ 24 ] [ 25 ]}สามารถสร้างสมดุลของวัสดุและความร้อนเพิ่มเติมเพื่อหาปริมาณข้อได้เปรียบทางความร้อนจากการอุ่นอากาศเผาไหม้ล่วงหน้า^{[ 26 ] [ 27 ]}หรือการเพิ่มออกซิเจนในอากาศ^{[ 28 ] [ 29 ]}

การเผาไหม้ในออกซิเจนเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ ที่มีตัวกลางที่เป็น อนุมูลอิสระหลายชนิดเข้าร่วม พลังงานสูงที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นนั้นอธิบายได้จากโครงสร้างที่ผิดปกติของ โมเลกุล ไดออกซิเจนโครงสร้างที่มีพลังงานต่ำที่สุดของโมเลกุลไดออกซิเจนคือไดราดิคัลที่เสถียรและค่อนข้างไม่ทำปฏิกิริยาในสถานะสปินแบบทริปเล็ตการยึดเหนี่ยวสามารถอธิบายได้ด้วยอิเล็กตรอนคู่พันธะสามคู่และอิเล็กตรอนต้านพันธะสองตัว โดยมีสปินเรียงตัวกัน ทำให้โมเลกุลมีโมเมนตัมเชิงมุมรวมที่ไม่เป็นศูนย์ ในทางกลับกัน เชื้อเพลิงส่วนใหญ่จะอยู่ในสถานะซิงเกล็ต โดยมีสปินจับคู่กันและโมเมนตัมเชิงมุมรวมเป็นศูนย์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองเป็น " การเปลี่ยนผ่านต้องห้าม " ในเชิงกลศาสตร์ควอนตัม กล่าวคือ เป็นไปได้ด้วยความน่าจะเป็นที่ต่ำมาก ในการเริ่มต้นการเผาไหม้ จำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อบังคับให้ไดออกซิเจนเข้าสู่สถานะสปินคู่ หรือออกซิเจนซิงเกล็ตตัวกลางนี้มีปฏิกิริยาสูงมาก พลังงานจะถูกส่งมาในรูปของความร้อนและปฏิกิริยาจะสร้างความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้

เชื่อกันว่าการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้นจากการดึงอะตอมไฮโดรเจน (ไม่ใช่การดึงโปรตอน) จากเชื้อเพลิงไปยังออกซิเจน ทำให้เกิดอนุมูลไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (HOO) ซึ่งจะทำปฏิกิริยาต่อไปเพื่อให้ได้ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ และแตกตัวออกเป็นอนุมูลไฮดรอกซิล กระบวนการเหล่านี้มีหลากหลายรูปแบบที่สร้างอนุมูลเชื้อเพลิงและอนุมูลออกซิไดซ์ สารออกซิไดซ์ได้แก่ ออกซิเจนซิงเกล็ต ไฮดรอกซิล ออกซิเจนอะตอมเดี่ยว และไฮโดรเปอร์ออกซิลสารตัวกลางเหล่านี้มีอายุสั้นและไม่สามารถแยกได้ อย่างไรก็ตาม สารตัวกลางที่ไม่ใช่อนุมูลมีความเสถียรและเกิดขึ้นในการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่นอะเซทัลดีไฮด์ที่เกิดขึ้นในการเผาไหม้เอทานอลคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งเป็นสารตัวกลางในการเผาไหม้ของคาร์บอนและไฮโดรคาร์บอนมีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะเป็นก๊าซพิษแต่ก็มีประโยชน์ทางเศรษฐกิจสำหรับการผลิตซินแก๊สด้วย

เชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลวหนักยังเกิดปฏิกิริยา ไพโรไลซิสจำนวนมากซึ่งให้เชื้อเพลิงในรูปก๊าซที่ออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่า ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนและต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่องจากปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่เกิดขึ้น หากขาดออกซิเจนหรือมีสภาวะที่ไม่เหมาะสม ผลิตภัณฑ์ไพโรไลซิสที่เป็นอันตรายและก่อมะเร็งเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาในรูปควันดำหนาทึบ

อัตราการเผาไหม้คือปริมาณของวัสดุที่เกิดการเผาไหม้ในช่วงเวลาหนึ่ง สามารถแสดงได้ในหน่วยกรัมต่อวินาที (g/s) หรือกิโลกรัมต่อวินาที (kg/s)

คำอธิบายโดยละเอียดของกระบวนการเผาไหม้จากมุมมองของจลนศาสตร์ทางเคมี จำเป็นต้องมีการกำหนดเครือข่ายปฏิกิริยาพื้นฐานขนาดใหญ่และซับซ้อน^{[ 30 ]}ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับสารเคมีหลายร้อยชนิดที่ทำปฏิกิริยาตามปฏิกิริยานับพัน

การรวมกลไกดังกล่าวไว้ในตัวแก้ปัญหาการไหลเชิงคำนวณยังคงเป็นงานที่ค่อนข้างท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสองด้าน ประการแรก จำนวนองศาอิสระ (ซึ่งเป็นสัดส่วนกับจำนวนชนิดทางเคมี) อาจมีขนาดใหญ่มาก ประการที่สอง เทอมแหล่งกำเนิดเนื่องจากปฏิกิริยาทำให้เกิดมาตราส่วนเวลาที่แตกต่างกันจำนวนมาก ซึ่งทำให้ระบบไดนามิก ทั้งหมด มีความแข็งกระด้าง ส่งผลให้การจำลองเชิงตัวเลขโดยตรงของการไหลแบบปั่นป่วนที่มีปฏิกิริยากับเชื้อเพลิงหนักกลายเป็นเรื่องยากแม้กระทั่งสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่^{[ 31 ]}

ดังนั้น จึงมีการคิดค้นวิธีการมากมายเพื่อลดความซับซ้อนของกลไกการเผาไหม้โดยไม่ต้องลงรายละเอียดในระดับสูง ตัวอย่างเช่น:

• วิธีการกระจายการผ่อนคลายใหม่ (RRM) ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}
• แนวทาง Intrinsic Low-Dimensional Manifold (ILDM) และการพัฒนาเพิ่มเติม^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}
• วิธีเส้นโค้งภาพก่อนหน้าขอบสมดุลที่ถูกจำกัดแบบไม่เปลี่ยนแปลง^{[ 39 ]}
• แนวทางการเปลี่ยนแปลงบางส่วน^{[ 40 ] [ 41 ]}
• วิธีการรบกวนเอกพจน์เชิงคำนวณ (CSP) และการพัฒนาเพิ่มเติม^{[ 42 ] [ 43 ]}
• แนวทางสมดุลที่ควบคุมอัตรา (RCCE) และแมนิโฟลด์กึ่งสมดุล (QEM) ^{[ 44 ] [ 45 ]}
• โครงการ G ^{[ 46 ]}
• วิธีการของกริดคงที่ (MIG) ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

การสร้างแบบจำลองจลนศาสตร์อาจสำรวจเพื่อทำความเข้าใจกลไกปฏิกิริยาของการสลายตัวทางความร้อนในการเผาไหม้ของวัสดุต่างๆ โดยใช้การวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริกเป็นต้น^{[ 50 ]}

ภายใต้เงื่อนไขการเผาไหม้ที่สมบูรณ์แบบ เช่น การเผาไหม้สมบูรณ์ภายใต้ สภาวะ อะเดียแบติก (กล่าวคือไม่มีการสูญเสียหรือการได้รับความร้อน) เราสามารถกำหนดอุณหภูมิการเผาไหม้แบบอะเดียแบติกได้ สูตรที่ใช้ในการคำนวณอุณหภูมินี้อิงตามกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์และคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าความร้อนจากการเผาไหม้ถูกนำไปใช้ในการให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิง อากาศหรือออกซิเจนที่ใช้ในการเผาไหม้ และก๊าซผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ (โดยทั่วไปเรียกว่าก๊าซไอเสีย ) ทั้งหมด

ในกรณีของ การเผา ไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลในอากาศ อุณหภูมิการเผาไหม้จะขึ้นอยู่กับปัจจัยทั้งหมดต่อไปนี้:

• ค่าความร้อน ;
• อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงตามหลักสโตอิคิโอเมตรี ;${\displaystyle {\lambda }}$
• ความจุความร้อนจำเพาะของเชื้อเพลิงและอากาศ;
• อุณหภูมิอากาศและเชื้อเพลิงขาเข้า

อุณหภูมิการเผาไหม้แบบอะเดียแบติก (หรือที่เรียกว่าอุณหภูมิเปลวไฟแบบอะเดียแบติก ) จะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าความร้อนและอุณหภูมิอากาศและเชื้อเพลิงขาเข้าสูงขึ้น และเมื่ออัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงเข้าใกล้หนึ่ง

โดยทั่วไป อุณหภูมิการเผาไหม้แบบอะเดียแบติกของถ่านหินจะอยู่ที่ประมาณ 2,200 °C (3,992 °F) (สำหรับอากาศขาเข้าและเชื้อเพลิงที่อุณหภูมิแวดล้อม) ประมาณ 2,150 °C (3,902 °F) สำหรับน้ำมัน และ 2,000 °C (3,632 °F) สำหรับก๊าซธรรมชาติ^{[ 51 ] [ 52 ]}${\displaystyle \lambda =1.0}$

ในเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงใน อุตสาหกรรม เครื่องกำเนิดไอน้ำของโรงไฟฟ้า และกังหันก๊าซ ขนาดใหญ่ วิธีที่นิยมใช้ในการแสดงปริมาณอากาศเผาไหม้ที่มากกว่าปริมาณที่เหมาะสมตามหลักสโตอิคิโอเมตรี คือเปอร์เซ็นต์อากาศเผาไหม้ส่วนเกิน ตัวอย่างเช่น อากาศเผาไหม้ส่วนเกิน 15 เปอร์เซ็นต์ หมายความว่ามีการใช้อากาศมากกว่าปริมาณที่ต้องการตามหลักสโตอิคิโอเมตรี 15 เปอร์เซ็นต์

ความไม่เสถียรของการเผาไหม้โดยทั่วไปคือการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรุนแรงในห้องเผาไหม้ การเปลี่ยนแปลงความดันเหล่านี้อาจสูงถึง 180  เดซิเบล และการสัมผัสกับความดันและความร้อนที่เปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักรเป็นเวลานานจะลดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ ในจรวด เช่น F1 ที่ใช้ในโครงการ Saturn V ความไม่เสถียรนำไปสู่ความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อห้องเผาไหม้และชิ้นส่วนโดยรอบ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยการออกแบบหัวฉีดเชื้อเพลิงใหม่ ในเครื่องยนต์เจ็ทเหลว ขนาดและการกระจายตัวของหยดเชื้อเพลิงสามารถใช้เพื่อลดความไม่เสถียรได้ ความไม่เสถียรของการเผาไหม้เป็นปัญหาสำคัญในเครื่องยนต์กังหันก๊าซบนพื้นดินเนื่องจาก การปล่อยก๊าซ NO _xแนวโน้มคือการทำงานแบบเผาไหม้บาง (อัตราส่วนสมดุลน้อยกว่า 1) เพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้และลด การปล่อยก๊าซ NO _xอย่างไรก็ตาม การทำงานแบบเผาไหม้บางทำให้มีความเสี่ยงต่อความไม่เสถียรของการเผาไหม้สูงมาก

เกณฑ์ของ Rayleighเป็นพื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์ความไม่เสถียรของการเผาไหม้เทอร์โมอะคูสติกและได้รับการประเมินโดยใช้ดัชนี Rayleigh ตลอดหนึ่งรอบของความไม่เสถียร^{[ 53 ]}

${\displaystyle G(x)={\frac {1}{T}}\int _{T}q'(x,t)p'(x,t)dt}$

โดยที่ q' คือการรบกวนของอัตราการปล่อยความร้อน และ p' คือการผันผวนของความดัน^{[ 54 ] [ 55 ]} เมื่อการแกว่งของการปล่อยความร้อนอยู่ในเฟสเดียวกับการแกว่งของความดัน ดัชนีเรย์ลีจะเป็นบวก และขนาดของความไม่เสถียรของเทอร์โมอะคูสติกจะสูงสุด ในทางกลับกัน หากดัชนีเรย์ลีเป็นลบ จะเกิดการลดทอนเทอร์โมอะคูสติก เกณฑ์ของเรย์ลีบ่งชี้ว่าความไม่เสถียรของเทอร์โมอะคูสติกสามารถควบคุมได้อย่างเหมาะสมโดยการแกว่งของการปล่อยความร้อนที่เฟสต่างจากความถี่เดียวกัน 180 องศา^{[ 56 ] [ 57 ]}ซึ่งจะทำให้ดัชนีเรย์ลีมีค่าน้อยที่สุด

ค้นหาคำว่า "การเผาไหม้"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

• Poinsot, Thierry; Veynante, Denis (2012). การเผาไหม้เชิงทฤษฎีและเชิงตัวเลข (ฉบับที่ 3). ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมขั้นสูงด้านการคำนวณทางวิทยาศาสตร์แห่งยุโรป. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2017-09-12 . สืบค้นเมื่อ2011-11-18 .
• Lackner, Maximilian; Winter, Franz; Agarwal, Avinash K., บรรณาธิการ (2010). คู่มือการเผาไหม้ ชุด 5 เล่ม . Wiley-VCH . ISBN 978-3-527-32449-1เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2011-01-17 เรียกดูเมื่อ2010-04-29
• Baukal, Charles E., บรรณาธิการ (1998). การเผาไหม้ที่เสริมด้วยออกซิเจน . สำนักพิมพ์ CRC .
• กลาสแมน, เออร์วิน; เยตเตอร์, ริชาร์ด. การเผาไหม้ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สี่).
• เทิร์นส์, สตีเฟน (2011). บทนำเกี่ยวกับการเผาไหม้: แนวคิดและการประยุกต์ใช้
• Ragland, Kenneth W; Bryden, Kenneth M. (2011). วิศวกรรมการเผาไหม้ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง).
• Baukal, Charles E. Jr, บรรณาธิการ (2013). "การเผาไหม้ในอุตสาหกรรม". คู่มือการเผาไหม้ของ John Zink Hamworthy: ชุดสามเล่ม (ฉบับที่สอง).
• Gardiner, WC Jr (2000). เคมีของการเผาไหม้ในเฟสแก๊ส (ฉบับปรับปรุง).