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1、RQYY- 3 本生燈法測量火焰?zhèn)鞑ニ俣? 實驗指導書 中南大學能源科學與工程學院 二 0 一一年四月 本生燈法測量火焰?zhèn)鞑ニ俣? 實驗指導書 一、 實驗目的 1?了解本生燈的工作原理和結構構成，觀察火焰結構，鞏固火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊母拍睢? 2. 測定液化石油氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?，掌握本生燈法測量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗?方法。 3. 測定不同燃料百分數(shù)下火焰?zhèn)鞑ニ俣?，掌握不同油氣比對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懀? 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?，本試?裝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

2、上火焰前沿面相對于未 燃混合氣的運動速度。在穩(wěn)定的 Ben su n火焰中，內(nèi)錐面是層流預混火焰前沿面。在此面 上某一點處，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?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? 測試原理

3、 U0的計算式。 上式是使用本生燈火焰高度法測定可燃混合氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣? 在我們的實驗中，可燃混合氣體的流量 qv是用浮子流量計分別測定燃氣與空氣的單位體 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可由測高 尺測量。 三、 實驗內(nèi)容 利用火焰試驗系統(tǒng)，調節(jié)預混空氣調節(jié)閥，觀測預混火焰的回火和脫火等現(xiàn)象。利 用本生燈火焰試驗系統(tǒng)，調節(jié)預混空氣調節(jié)閥，觀測本生燈火焰的內(nèi)、外火焰鋒面。按 照生燈法測量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗头椒?，測定不同空氣消耗系數(shù)時的火焰?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)的關系曲線。 四、 實驗設備結構 實驗臺

4、由本生燈、旋渦氣泵、浮子氣體流量計、測高尺等組成。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、調壓閥后進入本生燈，燃氣經(jīng)減壓器、浮 子氣體流量計、防回火器、調壓閥后進入本生燈與空氣預混合，點燃后通過測量內(nèi)焰錐 高度計算火焰的傳播速度。如圖 2所示。 2、開啟燃氣閥，調整燃氣流量約為 24 L/h，表壓為0.52 kPa。 2、開啟燃氣閥，調整燃氣流量約為 24 L/h，表壓為0.52 kPa。 五、實驗步驟 1、啟動旋渦氣泵，調節(jié)風量使空氣流量約為 3 0.56 m /h,表壓為 0.35 kPa。 2、開啟燃氣閥，調整燃氣流量約為 24 L/

5、h，表壓為0.52 kPa。 3、使用點火槍在本生燈管口點燃預混氣體。由以上燃氣流量，粗略估算出一次空 氣系數(shù) n 約為 0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 時的空氣流量（可取 0.6、0.56、0.52、0.48、0.44 m3/h）。 4、 緩慢調節(jié)空氣流量，使空氣消耗系數(shù) 宀=1。當火焰穩(wěn)定后，觀察火焰外形、顏 色，記錄燃氣與空氣的體積流量和壓力，由測尺測出火焰內(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） 。為減少測量誤差，對每種情況最好測三次，然后取 平均值。 5、 選擇n為0.8、0.9、1.1、1.2時的空氣流量進行相同的實驗操作。 6、 記錄

6、室溫和當前大氣壓力。 7、 關閉甲烷和壓縮空氣閥門。 &實驗結束。 六、數(shù)據(jù)處理 1 .根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式 （等溫），將燃氣和空氣測量流量（為 20C, 101325Pa 時的值）換算成實驗條件下噴管內(nèi)的流量值，然后計算出混合氣的總流量，求出可燃混 合氣在管內(nèi)的流速 比，并求出空氣消耗系數(shù)。 2 .計算出火焰?zhèn)鞑ニ俣?U0,將有關數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。 七、實驗報告要求 1、填入記錄數(shù)據(jù)并計算 噴管口半徑： cm 室溫： °C 當?shù)卮髿鈮海? kPa 序 號 燃氣測量值 L/h 空氣測量值 m3/h 折算流量 L/h 總流量 qv(L/s) 空氣消 耗系數(shù)

7、 % 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 燃氣 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

8、 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量層流燃燒速度？ (2) 應選定Bensun火焰的哪個面為火焰前沿面？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)鞑ニ俣葘嶒炛?參考) 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 燃氣體積流量（L/s） 0.0102 0.0111 0.012 0.014 0.0156

9、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（來源于網(wǎng)上） 液化石油氣是煉油廠在進行原油催化裂解與熱裂解時所得到的副產(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、

10、丁烷42?46、丁烯5?6,含5個碳原子以上的烴類 5?12。這些碳氫化合物都容易 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， 使用時擰開液 化氣罐的閥門，可燃性的碳氫化合物氣體就會通過管道進入燃燒器。點燃后形成淡藍色 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。 萬一管道漏氣或閥門未關嚴， 液化石油氣向室內(nèi)擴散， 當含量達到爆炸極限（1.7%?10%） 時，遇到火星或電火花就會發(fā)生爆炸。為了提醒人們及時發(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。而采取應急措施。 取實驗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