燃烧学报告完成版1

1、#燃烧学实验学生学院专业班级学生姓名学 号指导老师2016年12月目录实验原理系统图、实验仪器仪表型号规格及燃料物理化学性质 2实验一 Ben sun火焰及Smithell法火焰分离.3实验二预混火焰稳定浓度界限测定 4实验三气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定 6实验四本生灯法层流火焰传播速度的测定 11燃烧喷管及石英玻璃管说明燃烧喷管共 4 根，分别标记为：I 号长喷管 细的长喷管 （喷口内径 7.18mm）II 号长喷管 粗的长喷管 （ 相配的冷却器出口直径 10.0mm）I 号短喷管 细的短喷管 （喷口内径 5.10mm）II 号短喷管 粗的短喷管 （ 喷口内径 7.32mm）

2、石英玻璃套管共 3 个，分别标记为：I 号玻璃管 最细的石英玻璃管 （本生灯火焰内外锥分离用 ）II 号玻璃管 用） 中间直径的石英玻璃管 （ 观察 Burk-Schumann 火焰现象及测定射流火焰长度III 号玻璃管 最粗的石英玻璃管 （ 测定射流火焰温度用 ）燃烧学实验注意事项1. 实验台上的玻璃管须轻拿轻放，用完后横放在实验台里侧，以防坠落2燃烧火焰的温度很高，切勿用手或身体接触火焰及有关器件。3燃烧完后的喷嘴口、水平石英管的温度仍很高，勿碰触，以防烫伤。4.在更换燃烧管时，手应握在下端，尽量远离喷嘴口。试验用仪器仪表型号规格名称型号规格生产厂家浮子式流量计(燃气)LZB-4F常州热工

3、仪表总厂浮子式流量计(空气)LZJ-10常州热工仪表总厂空气稳压定值器QGD-101广东肇庆恒星仪表气动兀件厂空气压力表膜合压力表(2.5级)上海仪川仪表厂空气压缩机NCSE-150上海龙海力霸通用机械有限公司数字式温度计XMT-1100上海大华仪表厂石英玻璃管内径12.7mm上海泰恒科学仪器有限公司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(C)理论空气量kg/kgkmol/kg液化石油气(LPG)C3H8440.54-42.115.80.541自燃温度闪点1燃料低热值汽化潜热混合气热值辛烷值(C)(C)(MJ/kg)(kJ/kg)(kJ/m3)RONMON504-

4、73.346.39426349096-11189-96实验一 Bensun 火焰及 Smithell 法火焰分离、目的：1. 观察 Bensun 火焰的圈顶效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应；燃料浓度对火焰颜色的 影响；气流速度对火焰形状的影响等各种火焰现象。2. 了解本生灯火焰内外锥分离的原理和方法。二、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

5、。 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。富燃料的 Bensun 火焰可以用 Smithell 分离法进行内外锥分离。 Bensun 火焰及 Smithell 火焰分离现象如图 1 所示。三、试验设备与燃料空气压缩机、稳压筒，Bensun火焰试验系统，I号长喷管，I号玻璃管，点火器。燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 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

6、. 开启空压机，使空压机上压力表达到 0.4MPa 。保证储气罐有足够的空气量。3. 按实验原理系统图，检查并连接好各管路，装上I号长喷管（内径7.18mm），并套上支撑环架及 I 号玻璃管。4. 打开空气 （进气）总阀，按要求设定预混空气定值器压力（定值器已预先调整好，勿需学生调整 ）。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气（进气）总阀。5. 缓慢打开预混空气调节阀，使空气流量指示在 150L/h 左右。再打开燃气调节阀，使燃 气流量指示在 67L/h 左右，用点火器在喷管出口点火。Bensun6. 调节空气流量，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 火焰时

7、（空气流量约275L/h左右），记录燃气和空气压力、流量值。7. 火焰内外锥分离：调节空气流量（约150L/h左右），使火焰内锥出现黄尖，托起支撑环架，使玻璃外管升高，当外管口超过内管口时， 火焰便移到外管口上； 外管再升到一定距离, 外锥仍留在外管口处，而内锥移至内管口燃烧，从而实现了火焰分离；玻璃外管继续升高， 外锥被吹脱。记录燃气和空气压力、流量值。8. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理记录形成稳定的 Bensun火焰及Smithell火焰分离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。火焰燃气压力燃气流量空气压力空气流量试验台号环境压力温度Ben su

8、n火焰0.6MPa6.5L/h0.4MPa275L/h口号100.369kPa26 CSmithell 火焰0.6MPa6.5L/h0.4MPa150L/h口号100.369kPa26 C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？答：内圆锥是预混火焰，外圆锥是扩散火焰空气：煤气=3:1时火焰外锥比较明显2 火焰分离时，为什么锥间距离过大，外锥会被吹脱？答：预混可燃气燃烧时，若预混气速度在火焰锋面上的法向分量大于火焰传播 速度，火焰将向下游移动，最后熄灭，即为吹脱或吹熄实验二预混火焰稳定浓度界限测定、目的：观察预混火焰的回火和吹脱等现象，测定预混火焰的稳定

9、浓度界限。二、原理火焰稳定性是气体燃料燃烧的重要特性，在不同的空气/燃料比时，火焰会出现冒烟、回火和吹脱现象。 本试验装置可以定量地测定燃料浓度对火焰传播稳定性的影响， 从而绘制 得到火焰稳定性曲线 （回火线 ）。三、试验设备与燃料试验设备：小型空压机、稳压筒， Bensun 火焰试验系统，冷却水系统， II 号长喷管，有 机玻璃挡风罩，点火器。燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 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. 启动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。3. 按试验原理系统图，检查并连接好各管路，装上 II 号长喷管及冷却器 （ 出口直径10.

10、0mm），接通循环冷却水；罩上有机玻璃挡风罩，稍开冷却水阀，确保冷却器中有少量水 流过。4. 打开空气 （进气 ）总阀，按要求设定预混空气定值器压力（定值器已预先调整好，勿需学生调整 ）。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气（进气 ）总阀。5. 缓慢打开预混空气调节阀，使空气流量指示在 150L/h 左右。再打开燃气调节阀，使燃 气流量指示在 3.8L/h 左右，用点火器在喷管出口点火。6. 调节（增加 ）空气流量，使火焰内锥出现黄尖，记录火焰发烟时的燃气和空气参数。再增 加空气流量，使管口形成稳定的 Bensun 火焰，记录圆锥火焰的燃气和空气参数。然后缓慢 调小空气流量，

11、 待形成平面火焰时， 记录燃气和空气参数。 管口形成平面火焰为回火的贫富燃料线界限。缓慢增加空气流量，待火焰被吹脱时，记录燃气和空气参数。上述各种现象时的燃气和空气压力及流量记录于表一中。7. 在3.85.2L/h之间，再选24个不同燃气流量点，重复6中的实验内容。8. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理1. 根据理想气体状态方程式（等温），将燃气和空气的测量流量换算成相同压力（如O.IMPa）下的流量值。2. 根据换算流量值计算各种情况下的空气/燃料比。（回火线、吹脱线及发3. 以空/燃比为纵坐标，输入燃气量为横坐标，绘制火焰稳定性曲线 烟线）。表一层流火焰稳定性的测定燃料：石油

12、液化气 实验台号：一号室温:26 C当地大气压:100.369kpa单位：压力：kPa流量：L/h序 号黄尖圆锥火焰回火吹脱燃气空气燃气空气燃气空气燃气空气压力流量压 力流量压 力流量压 力流量压 力流量压 力流量压 力流量压 力流量10.45MPa3.8L/h0.6MPa150L/h0.45MPa3.8L/h0.64MPa158L/h0.45MPa3.8L/h0.69MPa166L/h0.45MPa3.8L/h0.76MPa175L/h20.48MPa4.0L/h0.61MPa153L/h0.48MPa4.0L/h0.66MPa161L/h0.48MPa4.0L/h0.72MPa169L/h

13、0.48MPa4.0L/h0.78MPa178L/h30.5MPa4.5L/h0.63MP a156L/h0.5MP a4.5L/h0.68MP a164L/h0.5MP a4.5L/h0.74MP a172L/h0.5MP a4.5L/h0.81MP a181L/h9080 回火 黄尖 吹脱线性（回火） 圆锥火焰 线性（黄尖） 玻性（吹就）线性個锥火烷六、思考题1. 在怎样的空燃比下，点火比较容易，为什么？答：空燃比略小于14.7时。此时燃料浓度较大。2. 确定回火的浓度界限时，应该怎样调节空气和燃气流量？为什么？答：回火界限与预混气的空气气/燃气比有关。当空气/燃气比接近化学计量值 时，火

14、焰传播速度快，稳定范围小，容易出现回火。实验三气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定、目的1. 比较射流扩散燃烧与预混合燃烧的异同。2. 测定射流火焰的温度分布。3. 观察贝克-舒曼（Burk-Schumann）火焰现象。4. 测定层流扩散火焰长度与燃料体积流量之间的关系曲线。、原理气体燃料的射流燃烧是一种常见的燃烧方式， 燃料和氧化剂都是气相的扩散火焰。 与预 混火焰不同的是：射流扩散火焰燃料和氧化剂不预先混合，而是边混合边燃烧（扩散），因 而燃烧速度取决于燃料和氧化剂的混合速度，它是扩散控制的燃烧现象。射流扩散火焰可以由本生灯试验系统关闭一次空气而得到，一般说扩散火焰颜色发黄， 比预

15、混火焰更明亮，更长。没有管内回火，燃料较富时易产生炭烟。纵向受限同轴射流扩散火焰是研究和应用较多的一种火焰。 将一根细管放在一粗管 （玻 璃管）内部，使两管同心，燃料和氧化剂分别从两管通过。在管口点燃。调整燃料和氧化剂 流量可以得到贝克 - 舒曼火焰。当燃料低速从喷嘴口流出，在管口点燃，可以得到层流扩散火焰。层流扩散火焰长度 h与燃气容积流量 qv 成正比。本试验装置可以验证这一关系（实验中用自制的简易测高仪或直尺测量火焰高度 ）。火焰的温度分布是火焰研究的重要内容。本实验中用铂 - 老铂热电偶测定射流火焰的温 度分布，并以数字温度表显示。三、试验设备1. 空气压缩机、稳压筒，射流扩散火焰试验

16、系统2. 热电偶，数字温度表3.I 号及 II 号短喷管， II 号及 III 号石英玻璃套管四、试验步骤1. 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. 接通数字温度表进行预热，预热时间约半小时。3. 启动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。4. 按试验原理系统图，检查并连接好各管路，安装好 II 号短喷管 （喷口内径 7.32mm） 。5. 打开空气 （ 进气 ）总阀，按要求设定射流空气定值器压力（定值器已预先调整好，勿需学生调整 ）。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气（进气 ）总阀。6. 分别打开预混空气及燃气调节阀，输入燃气和

17、空气（预混空气量 250L/h 左右，燃气流量 4L/h 左右 ） ，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。7. 适当开启射流空气调节阀，安装 III 号石英玻璃同心套管，逐渐关闭预混空气调节阀， 实现从预混燃烧到扩散燃烧的转变。减小燃气流量（v 2L/h），调节射流空气量，形成不冒黑烟的稳定火焰。8. 调整装有热电偶的坐标架，使热电偶顺利穿过玻璃套管侧面的测温孔，并使热电偶球 头接近火焰。调节微分测头，从火焰表面开始，使热电偶球头每隔 0.5mm 测量一个火焰温 度。将测量结果记录到表二中。9. 换装 II 号石英玻璃同心套管，将燃气流量稳定在 10L/h 左右，调节射流空气量，观察 并比较通风不

18、足和通风过量的火焰现象。过量：火焰明亮，成锥形，长度短；不足：火焰暗 红，变长，冒烟，最后成碗形。10. 将射流空气量稳定在 2500L/h 左右，调节燃气流量 （47L/h） ，用直尺测量不同燃气流 量（ 不同雷诺数 ）时的火焰高度。将结果记录在表三中。11. 关闭燃气及空气调节阀，换装 I 号短喷管 （喷口内径 5.10mm） 。分别打开预混空气及 燃气调节阀，输入燃气和空气，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。12. 适当开启射流空气调节阀，安装 II 号石英玻璃同心套管。13. 将射流空气量稳定在 2400L/h 左右，调节燃气流量 （46L/h） ，测量不同燃气流量 （不同 雷诺数 ）时

19、的火焰高度。将结果记录在表三中14. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理1. 根据表二中从数字式温度计读得的温度值，作出火焰断面温度分布曲线。2. 根据理想气体状态方程式 （等温 ），将燃气测量流量换算成喷管出口压力 （当地大气压 ） 下的流量值，求出喷管出口燃气速度 U。填入表三中。3. 作出h q（火焰高度与燃气的体积流量 ）曲线。六、思考题1. 射流扩散火焰与预混火焰有哪些主要区别？答：射流扩散火焰：不产生回火，但温度低；容易产生碳氢化合物的热分解预混火焰：放热强度大，火焰温度高；燃烧室长度短；可实现无焰燃烧；容 易回火2. 当燃料量输入量大时，火焰会大量冒烟，试作分析。答：

20、当空燃比小于 14.7 时由于空气量不足引起燃烧不完全，一氧化碳和氮氧 化物排放量增大，所以会导致大量冒烟3. 用热电偶测量火焰温度有何利弊？答：优点：结构简单、测量可靠缺点：对于高温火焰难以寻求高熔点的热电偶材料来满足测量温区的要求；动态响应差，难以在被测稀薄的火焰气体和热电偶之间达到热平衡，空间和时间分辨率都很差；由于热电偶头实际上浸没在火焰流体中，所以容易被吹断；测得的只 是偶头周围火焰气体的滞止温度，动温补偿困难；暴露于火焰气体中的热电偶头 还会干扰火焰气体组分发生的化学反应，甚至本身参与火焰气体组分发生化学反 应;热电偶本身存在标定问题表二火焰温度分布测定记录实验台号：一号喷嘴直径:

21、7.32mm温度单位：C测点项mm目温度0123456789101112II号11440140013701340 1330 1300 1280125012401160114011301070短21430142013401350 1340 1260 1260123012101150111011001080喷管平 均1435141013551345 1335 1280 1270124012251155112511151075表三扩散火焰长度h与雷诺数Re的关系工况II号短喷嘴（喷口内径7.32mm）I号短喷嘴（喷口内径5.10mm）项目数值1234512345燃气流量4L/h4.1L/h4.2L/

22、h4.3L/h4.4L/h4.5L/h4.6L/h4.7L/h4.8L/h4.9L/h燃气压力0.48M0.49M0.50M0.51M0.52M0.53M0.54M0.55M0.56M0.57MPaPaPaPaPaPaPaPaPaPa火焰高度65cm66cm67 cm68cm69cm70cm71cm72cm73cm74cm换算后燃气流量160L/164L/168L/172L/174L/178L/182L/186L/190L/194L/hhhhhhhhhh7占小6测10125 4 3 2 1 0 9 8 7. 777777666666564140150160170180190200燃气流量L/h

23、当地大气压力：100.396kpa实验四本生灯法层流火焰传播速度的测定、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。二、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 P 处，混合气流的法向分

24、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 7），即5=Us.sin a(1)式中：Us混合气的流速（cm/s）;a 火焰锥角之半。或 （ 2）式中：q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，可由自制简易测高仪测出。三、试验设备及燃料1. 试验系统与试验二相同，用 II 号长喷管加冷却水套。2. 燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 分别通过预混空气调节阀与燃气调节阀将燃烧管上端火焰，调节至标准的本生火焰。2. 调整摄像头对准火焰，保持 100mm 左右近距离，使摄像画面清晰地出现在计

25、算机显示 屏上。3. 根据试验所用燃气的稳定性曲线，预先估值得各种混合比所需的空气和燃料流量值作 为实验参数，其中需注意避免燃料百分比数过于接近，从而影响数据在绘图时的曲线。4. 试验中应缓慢调节空气和燃气流量，使火焰稳定后，开始采集图像。五、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，求出可燃混合气在管内的流速us（II 号长喷管内径10.0mm），并求出燃气在混合气中的百分数。2计算出火焰传播速度 uo,将有关数据填入表四内，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。六、思考题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？答：液化石油气的最大火焰传播速度： 0.19m/s ,对应的燃气百分数是 17.82% 误差为 0.18%2. 应选定 Bensun 火焰的哪个面为火焰前沿面？为什么？答：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