燃烧学实验指导书Word文档格式.docx
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根据火焰传播的余弦定理,已知管口直径,测量出火焰的高度,就能算出火焰锥角。
再通过浮子流量计的读数,测出气流流出管口的速度,就可以算出火焰的传播速度。
图1本生灯燃烧实验系统
二、实验装置
本生灯燃烧实验系统由本生灯,压缩空气阀,甲烷气瓶一个,浮子流量计两
个,空气压力表、甲烷压力表各一个,减压阀两个,单向逆止阀一个,混合器,钢尺,点火枪等组成。
实验用仪器仪表型号规格见表1.
表1.实验用仪器仪表型号规格
名称
型号规格
生产厂家
本生灯
浮子式流量计(燃气)
LZB-4F
浮子式流量计(空气)
LZJ-10
空气减压阀
燃气减压阀
单向逆止阀
空气压力表
膜合压力表(2.5级)
甲烷压力表
点火枪
红日牌
压缩空气罐
压缩甲烷气罐
ISP-15
钢尺
混合器(本生灯有的话,则不需)
三、燃气的物理化学性质
实验用燃气可用甲烷气体,也可用液化石油气(LPG),在本实验中选用液化石油气作为实验用燃气,其物理化学性质见表2.
表2.燃气的物理化学性质
燃料
主要成分
相对分子质量
液态密度
(kg/L)
沸点
(℃)
理论空气量
kg/kg
kmol/kg
液化石油气(LPG)
C3H8
44
0.54
-42.1
15.8
0.541
自燃温度
闪点
燃料低热值
(MJ/kg)
汽化潜热
(kJ/kg)
混合气热值
(kJ/m3)
辛烷值
RON
MON
504
-73.3
46.39
426
3490
96-111
89-96
实验一Bensun预混火焰颜色与外型
一、实验目的:
1.了解本生灯的工作原理和结构构成。
2.观察本生灯预混火焰外型与结构。
3.当量比对预混火焰颜色的影响。
二、实验原理
预混合燃烧即动力燃烧,其机理是燃气与燃烧所需的部分空气进行预先混合,燃烧过程在动力区进行,形成的火焰称之为Bensun火焰。
当燃料和空气流量调节到化学当量比时,本实验台上即能出现稳定的Bensun火焰,其内锥为蓝绿色的预混火焰(内锥表面呈白色),外锥为淡黄色的扩散火焰。
同时能观察到火焰的圆形顶点效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应。
改变可燃气的混合比,可以观察到火焰颜色的变化。
当空气浓度较低时,扩散火焰占主要部分,反应不完全炭颗粒被析出,火焰呈黄色;
空气浓度增大后变成预混火焰,反应温度高,完全燃烧,火焰呈蓝色。
三、实验设备与燃料
实验设备:
本生灯、点火枪、钢尺等本生灯燃烧实验系统,见图1。
燃料:
液化石油气。
四、实验步骤
1.如在室内做实验,须开启排风扇,保持室内通风,防止燃气泄漏造成对人员的危害。
2.按实验原理系统图,检查并连接好各管路。
3.打开空气(进气)总阀,调节减压阀出来的压缩空气符合实验压力要求(空气压力0.3MPa);
开启液化石油气开关阀,调节减压阀,(液化石油气压力0.1MPa),符合实验要求。
使燃气管充满石油气,然后打开燃气(进气)总阀。
4.缓慢打开空气流量计处调节阀,使空气流量指示在150L/h左右。
再打开燃气流量计处调节阀,使燃气流量指示在6~7L/h左右,调节浮子流量计使得压缩空气和液化石油气流量达到当量比为Φ=1的流量。
5.使用点火枪在本生灯管口点燃预混气体。
6.观察火焰外形、颜色,并记录燃气和空气压力、流量值、火焰高度。
7.同理,选择几个当量比Φ>
1及Φ<
1时的情况进行调节,观察不同空燃比时火焰颜色及形状的变化,待管口形成稳定的Bensun火焰时,记录燃气和空气压力、流量值、火焰高度。
8.在完成上面的步骤后把两个浮子流量计的流量都调到最低(即关闭)。
9.关闭液化石油气和压缩空气阀门。
10.实验结束,整理实验现场。
五、数据处理
记录形成稳定的Bensun火焰现象时的燃气和空气压力、流量值。
记录实验台号、环境压力和温度。
六、思考题
1.本生灯火焰的内外锥各是什么火焰?
为什么?
在什么情况下外锥比较明显?
2.不同当量比Φ>
1时,火焰颜色及外型有何不同?
表一本生灯预混火焰颜色与外型
室温:
℃当地大气压:
kPa
实验台号:
单位:
压力:
kPa流量:
mL/h
工况
燃气测量值
空气测量值
折算流量
总流量qv(mL/s)
燃气
体积
百分数
火焰颜色
火焰形状
火焰高度
(mm)
压力
流量
空气
Φ=1
1
2
3
平均
Φ>
Φ<
实验二本生灯法层流火焰传播速度的测定
一、实验目的
1.巩固火焰传播速度的概念,掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和方法。
2.测定液化石油气的层流火焰传播速度。
3.掌握不同的气/燃比对火焰传播速度的影响,测定出不同燃料百分数下火焰传播速度的变化曲线。
层流火焰传播速度是燃料燃烧的基本参数。
测量火焰传播速度的方法很多。
本实验装置是用动力法即本生灯法进行测定。
正常法向火焰传播速度定义为在垂直于层流火焰前沿面方向上火焰前沿面相对于未燃混合气的运动速度。
在稳定的Bensun火焰中,内锥面是层流预混火焰前沿面。
在此面上某一点P处,混合气流的法向分速度与未燃混合气流的运动速度即法向火焰传播速度相平衡,这样才能保持燃烧前沿面在法线方向上的燃烧速度(图2),即
u0=us.sinα
(1)
式中:
us-混合气的流速(cm/s);
α-火焰锥角之半。
或
(2)
qv-混合气的体积流量(L/s);
h-火焰内锥高度(cm);
r-喷口半径(cm)。
火焰高度h,可由钢尺测出。
图2火焰传播速度测试原理
三、实验设备及燃料
1.实验系统与实验一相同,见图1。
2.钢尺。
3.燃料:
1.调整钢尺位置,保持钢尺与火焰高度方向一致。
2.其它准备工作与实验一相同。
3.根据液化石油气火焰的稳定性曲线,预先估计制得各种混合比所需的空气和燃料流量,以避免燃料百分比数过于接近而影响曲线的绘图。
4.缓慢调节空气和燃气流量,当火焰稳定后,用钢尺测得火焰内锥高度。
测量状况不少于6种,为减少测量误差,对每种情况最好测三次,然后取平均值。
1.根据理想气体状态方程式(等温),将燃气和空气测量流量换算成(当地大气压下)喷管内的流量值,然后计算出混合气的总流量,求出可燃混合气在本生灯管内的流速us(本生灯管内径为25mm),并求出燃气在混合气中的百分数。
2.计算出火焰传播速度u0,将有关数据填入表二内,以火焰传播速度为纵坐标,绘制火焰传播速度相对于燃气百分比的曲线。
1.液化石油气的最大火焰传播速度是多少?
对应的燃气百分数是多少?
误差如何?
表二本生灯法层流火焰传播速度的测定
喷管口面积:
室温:
序号
气流出口速度us
(cm/s)
火焰传播速度u0
4
5
6
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