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III号玻璃管—最粗的石英玻璃管
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
常州热工仪表总厂
浮子式流量计(空气)
LZJ-10
空气稳压定值器
QGD-101
广东肇庆恒星仪表气动元件厂
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
点火枪
红日牌
上海浦东强盛日用电器厂
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
液化石油气罐
ISP-15
上海国泰液化气设备服务公司
简易测高仪
/
自制
数码摄相机
DCR-TRV40E
SONY
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
(℃)
理论空气量
kg/kg
kmol/kg
液化石油气(LPG)
C3H8
44
0.54
-42.1
15.8
0.541
自燃温度
闪点
燃料低热值
(MJ/kg)
汽化潜热
(kJ/kg)
混合气热值
(kJ/m3)
辛烷值
RON
MON
504
-73.3
46.39
426
3490
96-111
89-96
实验一Bensun火焰及Smithell法火焰分离
一、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,外锥为淡黄色的扩散火焰。
同时能观察到火焰的顶部圆形效应、壁面淬熄效应(死区)及火焰外悬效应。
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
小型空压机、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.按试验原理系统图,检查并连接好各管路,装上I号长喷管,并套上I号玻璃管。
2.开启空气总阀和燃气总阀。
3.打开预混空气调节阀,使预混空气流量为一合适值,然后打开燃气调节阀,至合适流量后,用点火器在喷管出口处点火,点燃后,再调节空气和燃气流量,使管口形成稳定的Bensun火焰。
4.,观察Bensun火焰的各种现象、火焰颜色及火焰形状的变化。
5.火焰内外锥分离:
调节预混空气流量,使内焰稍有黄尖时,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。
6.先关闭燃气和空气调节阀,再关闭空气总阀和燃气总阀,整理试验现场。
五、数据处理
分别记录形成稳定的Bensun火焰及Smithell法火焰分离时的燃气和空气的压力、流量值。
记录环境压力和温度。
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?
2.火焰分离时,为什么锥间距离过大,外锥会被吹脱?
实验二预混火焰稳定浓度界限测定
观测预混火焰的回火和吹脱现象,测定预混合火焰的稳定浓度界限。
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。
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。
1.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10.0mm),接通循环冷却水;
2.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;
3.开启空气总阀和燃气总阀。
4.打开预混空气调节阀,使预混空气流量为一合适值,然后打开燃气调节阀,至合适流量后,用点火器在喷管出口处点火,点燃后,再调节空气和燃气流量,使管口形成稳定的Bensun火焰。
保持燃气流量不变,缓慢调节预混空气流量,测定火焰回火、圆锥、吹脱和发烟时的燃气和空气参数。
回火的贫富燃料线以管口形成平面火焰为界,发烟线以内锥刚刚出现黄尖为界。
将出现上述现象时的燃气和空气压力及流量记录于表一中。
5.改变燃气流量,重复上面的测量。
做3-5组数据。
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0.1MPa)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。
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(稳定燃烧线、回火线、吹脱线及发烟线)。
表一层流火焰稳定性的测定
石油液化气喷管出口面积:
室温:
当地大气压:
单位:
压力—kPa流量—L/h
序号
黄尖
回火
圆锥火焰
吹脱
燃气
空气
压力
流量
1
2
3
4
5
6
7
8
1.在怎样的空燃比下,点火比较容易,为什么?
2.确定回火的浓度界限时,应该怎样调节空气和燃气流量?
实验三气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定
一、目的
1.比较射流扩散燃烧与预混合燃烧的异同。
2.观察贝克-舒曼(Burk-Schumann)火焰现象。
3.测定射流火焰的温度分布。
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。
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,比预混火焰更明亮,更长。
没有管内回火,燃料较富时易产生碳烟。
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与燃气体积流量Q成正比。
本实验用自制的简易测高仪测量火焰高度。
火焰的温度分布是火焰研究的重要内容。
本实验中用铂-铑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.小型空气压缩机、稳压筒
2.射流扩散火焰试验系统
3.自制简易测高仪
4.坐标架,热电偶,数字温度表
5.I号及II号短喷管
6.II号及III号石英玻璃套管
7.燃料:
液化石油气
1.接通数字温度表电源。
2.安装好II号短喷管,输入燃气和空气,在喷口点燃,获得稳定的预混火焰。
打开射流空气调节阀,使射流空气流量为1000L/h左右,罩上II号玻璃套管,缓慢关小预混空气调节阀,同时继续打开射流空气调节阀,直至预混空气全部关闭,实现从预混燃烧到扩散燃烧的转变,观察火焰现象的变化。
3.将燃气调节阀稳定在某一位置,调节射流空气流量,观察并比较空气不足和空气过量的火焰现象。
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。
4.换装III号石英玻璃同心套管。
调节燃气量及射流空气量,形成不冒黑烟的稳定火焰。
5.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1mm测量一个火焰温度。
将测量结果记录到表二中。
6.换装II号石英玻璃同心套管,调节燃气及空气流量,用自制简易测高仪测量不同燃气流量时的火焰高度。
将结果记录在表三中。
7.换装I号短喷管,安装II号石英玻璃同心套管,调节燃气及空气流量,测量不同燃气流量时的火焰高度。
8.关闭燃气和空气阀门,整理试验现场。
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。
填入表三中。
3.作出h—qv(火焰高度与燃气的体积流量)曲线。
1.射流扩散火焰与预混火焰有哪些主要区别?
2.当燃料输入量大时,火焰会大量冒烟,试作分析。
3.用热电偶测量火焰温度有何利弊?
表二火焰温度分布测定记录
温度℃;
喷嘴直径mm
测点
项mm
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