中南大学本生灯法测量火焰传播速度试验指导书

R RQ QY YY Y- -3 3 本生灯法测量火焰传播速度本生灯法测量火焰传播速度 实验指导书实验指导书 中南大学能源科学与工程学院 二 0 一一年四月 1 本生灯法测量火焰传播速度 实验指导书 一、实验目的 1．了解本生灯的工作原理和结构构成，观察火焰结构，巩固火焰传播速度的概念。 2. 测定液化石油气的层流火焰传播速度，掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和 方法。 3．测定不同燃料百分数下火焰传播速度，掌握不同油气比对火焰传播速度的影响， 二、实验原理 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，本试验 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1)，即 u 0  u s sin 式中：us－混合气的流速（cm/s） ； α－火焰锥角的一半。 或u01000 qv r rh 22 cm/s 式中：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） 10—单位换算系数 2 上式是使用本生灯火焰高度法测定可燃混合气体的层流火焰传播速度u0的计算式。 在我们的实验中，可燃混合气体的流量qv是用浮子流量计分别测定燃气与空气的单位体 积流量而得到的，内锥焰面底部圆的半径 r 可取本生灯喷口半径；内焰锥高度h可由测 高尺测量。 三、实验内容 利用火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测预混火焰的回火和脱火等现象。利 用本生灯火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测本生灯火焰的内、外火焰锋面。按 照生灯法测量火焰传播速度的原理和方法，测定不同空气消耗系数时的火焰传播速度， 从而绘制得到火焰传播速度与空气消耗系数的关系曲线。 四、实验设备结构 实验台由本生灯、旋涡气泵、浮子气体流量计、测高尺等组成。旋涡气泵产生的 空气通过泻流阀、稳压罐、湿式气体流量计、调压阀后进入本生灯，燃气经减压器、浮 子气体流量计、防回火器、调压阀后进入本生灯与空气预混合，点燃后通过测量内焰锥 高度计算火焰的传播速度。如图2 所示。 3 五、实验步骤 1、启动旋涡气泵，调节风量使空气流量约为0.56 m /h，表压为 kPa。 2、开启燃气阀，调整燃气流量约为24 L/h，表压为 kPa。 3、使用点火枪在本生灯管口点燃预混气体。由以上燃气流量，粗略估算出一次空气 系数 n 约为、 、 、 、时的空气流量（可取、 、 、 、0.44 m3/h） 。 4、缓慢调节空气流量， 使空气消耗系数 1=1。当火焰稳定后， 观察火焰外形、 颜色， 记录燃气与空气的体积流量和压力，由测尺测出火焰内锥高度（从火焰底部，即喷口出 口断面处到内锥顶部间的距离） 。为减少测量误差，对每种情况最好测三次，然后取平均 值。 5、选择 n 为、 、 、时的空气流量进行相同的实验操作。 6、记录室温和当前大气压力。 7、关闭甲烷和压缩空气阀门。 8、实验结束。 3 六、数据处理 1． 根据理想气体状态方程式(等温)，将燃气和空气测量流量（为20℃，101325Pa 时的值）换算成实验条件下喷管内的流量值，然后计算出混合气的总流量，求出可燃混 合气在管内的流速us，并求出空气消耗系数。 2．计算出火焰传播速度u0，将有关数据填入表内。 七、实验报告要求 1、填入记录数据并计算 喷管口半径： cm 室温：℃当地大气压： kPa 4 气流火焰 空 总流 气消耗 出口速度传播速度 量usu0 系数 号 (cm/(cm/ 压流压流燃空 q v(L/s) 1 s)s) 力量力量气气 1 均 燃气测 量值 序 L/h 空气测 量值 3 m /h 折算流 量 L/h 火焰高 度 (cm) 1 2 3 平 2 1 2 3 平 3 均 1 2 3 平 4 均 1 2 3 平 5 均 1 2 3 平 6 均 1 2 3 平 均 2、思考题 （1）为什么用本生灯装置可用来测量层流燃烧速度 （2）应选定 Bensun 火焰的哪个面为火焰前沿面为什么 （3）数据整理后，画出层流火焰传播速度随空气消耗系数变化的u0～n 曲线图。 5 3、数据误差分析并加以说明。 附录 不同浓度下的甲烷层流火焰传播速度实验值（参考） 实验次数 燃气体积流量（L/s） 空气体积流量（L/s） 一次空气系数 n 锥状内焰高度 cm 层流火焰速度u0 （cm/s） 液化石油气知识（来源于网上） 液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。 催化裂解气 的主要成份如下（%） ：氢气 5～6、甲烷 10、乙烷 3～5、乙烯 3、丙烷 16～20、丙烯 6～ 11、丁烷 42～46、丁烯 5～6，含 5 个碳原子以上的烃类 5～12。这些碳氢化合物都容易 液化，将它们压缩到只占原体积的1/250～l/33，贮存于耐高压的钢罐中，使用时拧开液 化气罐的阀门，可燃性的碳氢化合物气体就会通过管道进入燃烧器。点燃后形成淡蓝色 火焰，燃烧过程中产生大量热（发热值约为 92100kJ/m3～121400kJ/m3） 。并可根据需要， 调整火力，使用起来既方便又卫生。液化石油气虽然使用方便，但也有不安全的隐患。 万一管道漏气或阀门未关严，液化石油气向室内扩散，当含量达到爆炸极限（%～10%） 时，遇到火星或电火花就会发生爆炸。为了提醒人们及时发现液化气是否泄漏，加工厂 常向液化气中混入少量有恶臭味的硫醇或硫醚类化合物。一旦有液化气泄漏，立即闻到 这种气味。而采取应急措施。 取实验用液化石油气成份为： H2 5；CH4 10；C2H6 4；C2H4 3；C3H8 20；C3H6 7；C4H10 45；C4H8 6 据此计算理论空气需要量 -2 L0=[1/2H2+2CH4+3.5C2H6+3C2H4+5C3H8+4.5C3H6+6.5C4H10+6C4H8]×10 =[2.5+20+14+9+100+31.5+292.5+36]100 33 =24.06 m /m 6 6 1 2 0 2 . 3 5 3 3 7 4 3 2 5 3 1 6 2