RQYY- 3 本生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣? 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 二 0 一一年四月 本生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣? 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1?了解本生燈的工作原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)成，觀察火焰結(jié)構(gòu)，鞏固火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊母拍睢? 2. 測(cè)定液化石油氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋莆毡旧鸁舴y(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗?方法。 3. 測(cè)定不同燃料百分?jǐn)?shù)下火焰?zhèn)鞑ニ俣龋莆詹煌蜌獗葘?duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懀? 二、 實(shí)驗(yàn)原理 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁侨剂先紵幕緟?shù)。測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆椒ê芏?，本試?yàn) 裝置是用動(dòng)力法即本生燈法進(jìn)行測(cè)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(duì)于未 燃混合氣的運(yùn)動(dòng)速度。在穩(wěn)定的 Ben su n火焰中，內(nèi)錐面是層流預(yù)混火焰前沿面。在此面 上某一點(diǎn)處，混合氣流的法向分速度與未燃混合氣流的運(yùn)動(dòng)速度即法向火焰?zhèn)鞑ニ俣认?平衡，這樣才能保持燃燒前沿面在法線方向上的燃燒速度 （圖1），即 5 =us sin : 式中：乂―混合氣的流速（cm/s）; a—火焰錐角的一半。 U0 =1000 qv _r ■. r 2 ' h2 cm/s 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） 10—單位換算系數(shù) 圖1火焰?zhèn)鞑ニ俣? 測(cè)試原理 U0的計(jì)算式。 上式是使用本生燈火焰高度法測(cè)定可燃混合氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣? 在我們的實(shí)驗(yàn)中，可燃混合氣體的流量 qv是用浮子流量計(jì)分別測(cè)定燃?xì)馀c空氣的單位體 積流量而得到的，內(nèi)錐焰面底部圓的半徑 r可取本生燈噴口半徑； 內(nèi)焰錐高度h可由測(cè)高 尺測(cè)量。 三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 利用火焰試驗(yàn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)預(yù)混空氣調(diào)節(jié)閥，觀測(cè)預(yù)混火焰的回火和脫火等現(xiàn)象。利 用本生燈火焰試驗(yàn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)預(yù)混空氣調(diào)節(jié)閥，觀測(cè)本生燈火焰的內(nèi)、外火焰鋒面。按 照生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗头椒?，測(cè)定不同空氣消耗系數(shù)時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?從而繪制得到火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c空氣消耗系數(shù)的關(guān)系曲線。 四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)由本生燈、旋渦氣泵、浮子氣體流量計(jì)、測(cè)高尺等組成。旋渦氣泵產(chǎn)生的 空氣通過瀉流閥、穩(wěn)壓罐、濕式氣體流量計(jì)、調(diào)壓閥后進(jìn)入本生燈，燃?xì)饨?jīng)減壓器、浮 子氣體流量計(jì)、防回火器、調(diào)壓閥后進(jìn)入本生燈與空氣預(yù)混合，點(diǎn)燃后通過測(cè)量?jī)?nèi)焰錐 高度計(jì)算火焰的傳播速度。如圖 2所示。 2、開啟燃?xì)忾y，調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/h，表壓為0.52 kPa。 2、開啟燃?xì)忾y，調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/h，表壓為0.52 kPa。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、啟動(dòng)旋渦氣泵，調(diào)節(jié)風(fēng)量使空氣流量約為 3 0.56 m /h,表壓為 0.35 kPa。 2、開啟燃?xì)忾y，調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/h，表壓為0.52 kPa。 3、使用點(diǎn)火槍在本生燈管口點(diǎn)燃預(yù)混氣體。由以上燃?xì)饬髁?，粗略估算出一次? 氣系數(shù) n 約為 0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 時(shí)的空氣流量（可取 0.6、0.56、0.52、0.48、0.44 m3/h）。 4、 緩慢調(diào)節(jié)空氣流量，使空氣消耗系數(shù) 宀=1。當(dāng)火焰穩(wěn)定后，觀察火焰外形、顏 色，記錄燃?xì)馀c空氣的體積流量和壓力，由測(cè)尺測(cè)出火焰內(nèi)錐高度（從火焰底部，即噴 口出口斷面處到內(nèi)錐頂部間的距離） 。為減少測(cè)量誤差，對(duì)每種情況最好測(cè)三次，然后取 平均值。 5、 選擇n為0.8、0.9、1.1、1.2時(shí)的空氣流量進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。 6、 記錄室溫和當(dāng)前大氣壓力。 7、 關(guān)閉甲烷和壓縮空氣閥門。 &實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 六、數(shù)據(jù)處理 1 .根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式 （等溫），將燃?xì)夂涂諝鉁y(cè)量流量（為 20C, 101325Pa 時(shí)的值）換算成實(shí)驗(yàn)條件下噴管內(nèi)的流量值，然后計(jì)算出混合氣的總流量，求出可燃混 合氣在管內(nèi)的流速 比，并求出空氣消耗系數(shù)。 2 .計(jì)算出火焰?zhèn)鞑ニ俣?U0,將有關(guān)數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、填入記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算 噴管口半徑： cm 室溫： °C 當(dāng)?shù)卮髿鈮海? kPa 序 號(hào) 燃?xì)鉁y(cè)量值 L/h 空氣測(cè)量值 m3/h 折算流量 L/h 總流量 qv(L/s) 空氣消 耗系數(shù) % 氣流出口 速度Us （cm/s） 火焰?zhèn)鞑? 速度U0 （cm/s） 火焰高度 （cm） 壓力 流量 壓力 流量 燃?xì)? 空氣 1 1  2 3 平均 2 1 2 3 平均 3 1 2 3 平均 4 1 2 3 平均 5 1 2 3 平均 6 1 2 3 平均 2、 思考題 (1) 為什么用本生燈裝置可用來測(cè)量層流燃燒速度？ (2) 應(yīng)選定Bensun火焰的哪個(gè)面為火焰前沿面？為什么？ (3) 數(shù)據(jù)整理后，畫出層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S空氣消耗系數(shù)變化的 uO?n曲線圖。 3、 數(shù)據(jù)誤差分析并加以說明。 附錄 不同濃度下的甲烷層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘?shí)驗(yàn)值(參考) 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 燃?xì)怏w積流量（L/s） 0.0102 0.0111 0.012 0.014 0.0156 0.0169 空氣體積流量（L/s） 0.122 .0123 0.122 0.122 0.123 0.122 一次空氣系數(shù)n 1.26 1.17 1.07 0.92 0.83 0.76 錐狀內(nèi)焰高度cm 1.98 1.73 1.44 1.35 1.66 2.73 層流火焰速度u0 （cm/s） 26 30 35 37 32 21 液化石油氣知識(shí)（來源于網(wǎng)上） 液化石油氣是煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品。 催化裂解氣 的主要成份如下（% :氫氣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個(gè)碳原子以上的烴類 5?12。這些碳?xì)浠衔锒既菀?液化，將它們壓縮到只占原體積的 1/250?1/33，貯存于耐高壓的鋼罐中， 使用時(shí)擰開液 化氣罐的閥門，可燃性的碳?xì)浠衔餁怏w就會(huì)通過管道進(jìn)入燃燒器。點(diǎn)燃后形成淡藍(lán)色 火焰，燃燒過程中產(chǎn)生大量熱 （發(fā)熱值約為92100kJ/m3?121400kJ/m3 ）。并可根據(jù)需要， 調(diào)整火力，使用起來既方便又衛(wèi)生。液化石油氣雖然使用方便，但也有不安全的隱患。 萬(wàn)一管道漏氣或閥門未關(guān)嚴(yán)， 液化石油氣向室內(nèi)擴(kuò)散， 當(dāng)含量達(dá)到爆炸極限（1.7%?10%） 時(shí)，遇到火星或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸。為了提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)液化氣是否泄漏，加工廠 常向液化氣中混入少量有惡臭味的硫醇或硫醚類化合物。一旦有液化氣泄漏，立即聞到 這種氣味。而采取應(yīng)急措施。 取實(shí)驗(yàn)用液化石油氣成份為： 出 5; CH4 10; C2H6 4; C2H4 3; C3H8 20; C3H6 7; C4H10 45; C4H8 6 據(jù)此計(jì)算理論空氣需要量 L0=4.76[1/2H2+2CH4+3.5C2H6+3C2H4+5C3H8+4.5C3H6+6.5C4H10+6C4H8] X10-2 =4.76[2.5+20+14+9+100+31.5+292.5+36]/100 3 3 =24.06 m /m