燃燒學實驗指導書

1、專業(yè)課實驗室燃 燒 學 實 驗實驗指導書重慶大學動力工程學院二九年十二月燃燒學實驗注意事項1 實驗臺上的玻璃管須輕拿輕放，用完后橫放在實驗臺里側(cè)，以防墜落。2 燃燒火焰的溫度很高，切勿用手或身體接觸火焰及有關器件。3 燃燒完后的本生燈管、噴嘴口、石英管的溫度仍很高，勿碰觸，以防燙傷。4 在更換燃燒管時，手應握在下端，盡量遠離噴嘴口。本生燈燃燒實驗系統(tǒng)介紹 一、本生燈燃燒實驗系統(tǒng)本生燈燃燒實驗系統(tǒng)如圖1所示。壓縮空氣（藍色導管）通過減壓閥門調(diào)節(jié)，進入浮子流量計調(diào)節(jié)測量。甲烷（桔紅導管）由氣瓶開關、減壓閥提供，接通單向電磁閥進入浮子流量計調(diào)節(jié)測量。主控制面板上設計了一個主控單向電磁閥開關，只有當電

2、源接通，開關按下時，燃料才能供應。空氣和燃氣調(diào)節(jié)好當量比被分別輸送進入一個混合管（混合管的功用是緩和氣流的脈動，并使甲烷、壓縮空氣兩股氣體充分混合，以保證在本生燈管的進口處獲得穩(wěn)定、均勻的流動），該混合管連接一個內(nèi)徑為25mm的本生燈管，用于火焰結(jié)構演示實驗、鈍體火焰穩(wěn)定實驗。根據(jù)火焰?zhèn)鞑サ挠嘞叶ɡ?，已知管口直徑，測量出火焰的高度，就能算出火焰錐角。再通過浮子流量計的讀數(shù)，測出氣流流出管口的速度，就可以算出火焰的傳播速度。 圖 1 本生燈燃燒實驗系統(tǒng) 二、 實驗裝置 本生燈燃燒實驗系統(tǒng)由本生燈，壓縮空氣閥，甲烷氣瓶一個，浮子流量計兩個，空氣壓力表、甲烷壓力表各一個，減壓閥兩個，單向逆止閥一個，

3、混合器，鋼尺，點火槍等組成。實驗用儀器儀表型號規(guī)格見表1.表1. 實驗用儀器儀表型號規(guī)格名 稱型號規(guī)格生產(chǎn)廠家本生燈浮子式流量計(燃氣)LZB-4F浮子式流量計(空氣)LZJ-10空氣減壓閥燃氣減壓閥單向逆止閥空氣壓力表膜合壓力表(2.5級)甲烷壓力表膜合壓力表(2.5級)點火槍紅日牌壓縮空氣罐壓縮甲烷氣罐ISP-15鋼尺混合器（本生燈有的話，則不需）三、燃氣的物理化學性質(zhì) 實驗用燃氣可用甲烷氣體，也可用液化石油氣(LPG)，在本實驗中選用液化石油氣作為實驗用燃氣，其物理化學性質(zhì)見表2.表2.燃氣的物理化學性質(zhì)燃料主要成分相對分子質(zhì)量液態(tài)密度(kg/L)沸點()理論空氣量kg/kgkmol/k

4、g液化石油氣(LPG)C3H8440.54-42.115.80.541自燃溫度()閃點()燃料低熱值(MJ/kg)汽化潛熱(kJ/kg)混合氣熱值(kJ/m3)辛烷值RONMON504-73.346.39426349096-11189-96實驗一 Bensun預混火焰顏色與外型一、實驗目的：1了解本生燈的工作原理和結(jié)構構成。 2觀察本生燈預混火焰外型與結(jié)構。3. 當量比對預混火焰顏色的影響。二、實驗原理預混合燃燒即動力燃燒，其機理是燃氣與燃燒所需的部分空氣進行預先混合，燃燒過程在動力區(qū)進行，形成的火焰稱之為Bensun火焰。當燃料和空氣流量調(diào)節(jié)到化學當量比時，本實驗臺上即能出現(xiàn)穩(wěn)定的Bensu

5、n火焰，其內(nèi)錐為藍綠色的預混火焰(內(nèi)錐表面呈白色)，外錐為淡黃色的擴散火焰。同時能觀察到火焰的圓形頂點效應、壁面淬熄效應及火焰外凸效應。改變可燃氣的混合比，可以觀察到火焰顏色的變化。當空氣濃度較低時，擴散火焰占主要部分，反應不完全炭顆粒被析出，火焰呈黃色；空氣濃度增大后變成預混火焰，反應溫度高，完全燃燒，火焰呈藍色。三、實驗設備與燃料實驗設備：本生燈、點火槍、鋼尺等本生燈燃燒實驗系統(tǒng)，見圖1。燃料：液化石油氣。 四、實驗步驟1. 如在室內(nèi)做實驗，須開啟排風扇，保持室內(nèi)通風，防止燃氣泄漏造成對人員的危害。2. 按實驗原理系統(tǒng)圖，檢查并連接好各管路。3. 打開空氣(進氣)總閥，調(diào)節(jié)減壓閥出來的壓縮

6、空氣符合實驗壓力要求（空氣壓力 0.3MPa）；開啟液化石油氣開關閥，調(diào)節(jié)減壓閥，（液化石油氣壓力 0.1MPa），符合實驗要求。使燃氣管充滿石油氣，然后打開燃氣(進氣)總閥。4. 緩慢打開空氣流量計處調(diào)節(jié)閥，使空氣流量指示在150L/h左右。再打開燃氣流量計處調(diào)節(jié)閥，使燃氣流量指示在67L/h左右，調(diào)節(jié)浮子流量計使得壓縮空氣和液化石油氣流量達到當量比為=1的流量。5. 使用點火槍在本生燈管口點燃預混氣體。 6. 觀察火焰外形、顏色，并記錄燃氣和空氣壓力、流量值、火焰高度。 7. 同理，選擇幾個當量比 >1及 <1 時的情況進行調(diào)節(jié)，觀察不同空燃比時火焰顏色及形狀的變化，待管口形成

7、穩(wěn)定的Bensun火焰時，記錄燃氣和空氣壓力、流量值、火焰高度。8. 在完成上面的步驟后把兩個浮子流量計的流量都調(diào)到最低（即關閉）。 9. 關閉液化石油氣和壓縮空氣閥門。 10. 實驗結(jié)束，整理實驗現(xiàn)場。 五、數(shù)據(jù)處理記錄形成穩(wěn)定的Bensun火焰現(xiàn)象時的燃氣和空氣壓力、流量值。記錄實驗臺號、環(huán)境壓力和溫度。六、思考題1本生燈火焰的內(nèi)外錐各是什么火焰？為什么？在什么情況下外錐比較明顯？2不同當量比 >1及 <1時，火焰顏色及外型有何不同？表一 本生燈預混火焰顏色與外型室溫： 當?shù)卮髿鈮海?kPa實驗臺號： 單位：壓力：kPa 流量：mL/h工況燃氣測量值 空氣測量值折算流量總流量q

8、v(mL/s)燃氣體積百分數(shù)火焰顏色火焰形狀火焰高度(mm)壓力流量壓力流量燃氣空氣=1123平均>1123平均<1123平均實驗二 本生燈法層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y定一、實驗目的1. 鞏固火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊母拍?，掌握本生燈法測量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗头椒ā?. 測定液化石油氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?. 掌握不同的氣/燃比對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，測定出不同燃料百分數(shù)下火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓€。二、實驗原理層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁侨剂先紵幕緟?shù)。測量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆椒ê芏唷１緦嶒炑b置是用動力法即本生燈法進行測定。正常法向火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x為在垂直于層流火焰前沿面方向上火焰前沿面相對于未燃混合氣的運動速度

9、。在穩(wěn)定的Bensun火焰中，內(nèi)錐面是層流預混火焰前沿面。在此面上某一點P處，混合氣流的法向分速度與未燃混合氣流的運動速度即法向火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗥胶?，這樣才能保持燃燒前沿面在法線方向上的燃燒速度(圖2)，即u0=us.sin （1）式中：us混合氣的流速（cm/s）；火焰錐角之半?；?（2）式中：qv混合氣的體積流量（L/s）； h火焰內(nèi)錐高度（cm）； r噴口半徑（cm）?；鹧娓叨萮，可由鋼尺測出。圖2火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y試原理三、實驗設備及燃料1. 實驗系統(tǒng)與實驗一相同，見圖1。2. 鋼尺。3. 燃料：液化石油氣。四、實驗步驟1. 調(diào)整鋼尺位置，保持鋼尺與火焰高度方向一致。2. 其它準備工作與實驗

10、一相同。3. 根據(jù)液化石油氣火焰的穩(wěn)定性曲線，預先估計制得各種混合比所需的空氣和燃料流量，以避免燃料百分比數(shù)過于接近而影響曲線的繪圖。4. 緩慢調(diào)節(jié)空氣和燃氣流量，當火焰穩(wěn)定后，用鋼尺測得火焰內(nèi)錐高度。測量狀況不少于6種，為減少測量誤差，對每種情況最好測三次，然后取平均值。五、數(shù)據(jù)處理1. 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式(等溫)，將燃氣和空氣測量流量換算成(當?shù)卮髿鈮合?噴管內(nèi)的流量值，然后計算出混合氣的總流量，求出可燃混合氣在本生燈管內(nèi)的流速us(本生燈管內(nèi)徑為25mm)，并求出燃氣在混合氣中的百分數(shù)。2. 計算出火焰?zhèn)鞑ニ俣萿0，將有關數(shù)據(jù)填入表二內(nèi)，以火焰?zhèn)鞑ニ俣葹榭v坐標，繪制火焰?zhèn)鞑ニ俣认鄬τ?/p>

11、燃氣百分比的曲線。六、思考題1. 液化石油氣的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣仁嵌嗌?？對應的燃氣百分?shù)是多少？誤差如何？表二 本生燈法層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y定噴管口面積： 室溫： 當?shù)卮髿鈮海?kPa實驗臺號： 單位：壓力：kPa 流量：mL/h序號燃氣測量值 空氣測量值折算流量總流量qv(mL/s)燃氣體積百分數(shù)氣流出口速度us(cm/s)火焰?zhèn)鞑ニ俣萿0(cm/s)火焰高度(mm)壓力流量壓力流量燃氣空氣1123平均2123平均3123平均4123平均5123平均6123平均實驗三 預混天然氣點火槍點火、脫火、熄火實驗一、實驗目的：觀察預混天然氣點火槍點火、脫火、熄火時的現(xiàn)象，測定火焰發(fā)生脫火和熄火時天然氣

12、和空氣的流量特性。二、實驗原理預混燃燒是將燃氣與燃燒所需空氣進行預先混合，燃燒過程在動力區(qū)進行，又稱為動力燃燒。對于同一燃燒器而言，不同的燃氣流量或空燃比，均會造成火焰出現(xiàn)回火、脫火和熄火現(xiàn)象。三 通空氣壓縮機調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥天然氣管道流量計流量計點火燃燒器點火變壓器圖1 實驗系統(tǒng)圖三、實驗設備與燃料實驗設備：點火燃燒器、點火變壓器、玻璃轉(zhuǎn)子流量計、空氣壓縮機、卷尺燃料：天然氣四、實驗步驟1. 開啟排風扇，保持室內(nèi)通風，防止燃氣泄露對人員造成危害。2. 按照實驗原理圖接好管路，并檢查密封性。3. 打開空氣壓縮機旁通閥，開啟空氣壓縮機。4. 合上點火電源開關，開始點火。（注意：持續(xù)點火時間不能超過15秒）。5. 打開天然氣管道閥門，緩慢調(diào)節(jié)天然氣流量計調(diào)節(jié)閥。6. 打開空氣管道閥門，緩慢調(diào)節(jié)空氣流量計調(diào)節(jié)閥。7. 點火完成后，關閉點火電源開關。8. 分別調(diào)節(jié)天然氣和空氣流量計，調(diào)節(jié)至實驗所需的流量。記錄發(fā)生脫火、熄火時天然氣和空氣的流量，測量并記錄下火焰直徑、長度。觀察火焰是否發(fā)生脫火，并記錄下脫火距離。9. 實驗結(jié)束后關閉所有閥門、電源。五、數(shù)據(jù)處理1 根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，計算出各種工況下的空氣/燃料比。2 作出火焰長度與空燃比的關系曲線。3 根據(jù)實驗所測得的數(shù)據(jù)，記錄