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1、专业课实验室燃 烧 学 实 验实验指导书重庆大学动力工程学院二九年十二月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燃烧完后的本生灯管、喷嘴口、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。本生灯燃烧实验系统介绍 一、本生灯燃烧实验系统本生灯燃烧实验系统如图 1 所示。压缩空气（蓝色导管）通过减压阀门调节，进入浮子流量计调节测量。甲烷（桔红导管）由气瓶开关、减压阀提供，接通单向电磁阀进入浮子流量计调节测量。主控制面板上设计了一个主控单向电磁阀开关，只有当电源接
2、通，开关按下时，燃料才能供应。空气和燃气调节好当量比被分别输送进入一个混合管（混合管的功用是缓和气流的脉动，并使甲烷、压缩空气两股气体充分混合，以保证在本生灯管的进口处获得稳定、均匀的流动） ，该混合管连接一个内径为 25mm 的本生灯管，用于火焰结构演示实验、钝体火焰稳定实验。根据火焰传播的余弦定理，已知管口直径，测量出火焰的高度，就能算出火焰锥角。再通过浮子流量计的读数，测出气流流出管口的速度，就可以算出火焰的传播速度。 图 1 本生灯燃烧实验系统二、 实验装置 本生灯燃烧实验系统由本生灯，压缩空气阀，甲烷气瓶一个，浮子流量计两个，空气压力表、甲烷压力表各一个，减压阀两个，单向逆止阀一个，
3、混合器，钢尺，点火枪等组成。实验用仪器仪表型号规格见表 1.表 1. 实验用仪器仪表型号规格名 称 型号规格 生产厂家本生灯浮子式流量计(燃气) LZB-4F浮子式流量计(空气) LZJ-10空气减压阀燃气减压阀单向逆止阀空气压力表 膜合压力表(2.5 级)甲烷压力表 膜合压力表(2.5 级)点火枪 红日牌压缩空气罐压缩甲烷气罐 ISP-15钢尺混合器（本生灯有的话，则不需）三、燃气的物理化学性质实验用燃气可用甲烷气体，也可用液化石油气(LPG)，在本实验中选用液化石油气作为实验用燃气，其物理化学性质见表 2.表 2.燃气的物理化学性质理论空气量燃料 主要成分 相对分子质量 液态密度(kg/L
4、)沸点() kg/kg kmol/kg液化石油气(LPG) C3H8 44 0.54 -42.1 15.8 0.541辛烷值自燃温度()闪点()燃料低热值(MJ/kg)汽化潜热(kJ/kg)混合气热值(kJ/m3) RON MON504 -73.3 46.39 426 3490 96-111 89-96实验一 Bensun 预混火焰颜色与外型一、实验目的：1了解本生灯的工作原理和结构构成。 2观察本生灯预混火焰外型与结构。3. 当量比对预混火焰颜色的影响。二、实验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。
5、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。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。三、实验设备与燃料实验设备：本生灯、点火枪、钢尺等本生灯燃烧实验系统，见图 1。燃料：液化石油气。 四、实验步骤1. 如在室内做实验，须开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害。2. 按实验原
6、理系统图，检查并连接好各管路。3. 打开空气( 进气)总阀，调节减压阀出来的压缩空气符合实验压力要求（空气压力 0.3MPa） ；开启液化石油气开关阀，调节减压阀， （液化石油气压力 0.1MPa） ，符合实验要求。使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气) 总阀。4. 缓慢打开空气流量计处调节阀，使空气流量指示在 150L/h 左右。再打开燃气流量计处调节阀，使燃气流量指示在 67L/h 左右，调节浮子流量计使得压缩空气和液化石油气流量达到当量比为 =1 的流量。5. 使用点火枪在本生灯管口点燃预混气体。 6. 观察火焰外形、颜色，并记录燃气和空气压力、流量值、火焰高度。 7. 同理，选择几个
7、当量比 1 及 1 及 1平均1231平均实验二 本生灯法层流火焰传播速度的测定一、实验目的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、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。本实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
8、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 2)，即u0=us.sin （1）式中：u s混合气的流速（cm/s） ；火焰锥角之半。或 2v0318hrq（2）式中：q v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，可由钢尺测出。图 2 火焰传播速度测试原理三、实验设备及燃料1. 实验系统与实验一相同，见图 1。2. 钢尺。3. 燃料：液化石油气。四、实验步骤1. 调整钢尺位置，保持钢尺与火焰高度方向一致。2. 其它准备工作与实验一相同。3. 根据液化石油气火焰的稳定性曲线，预
9、先估计制得各种混合比所需的空气和燃料流量，以避免燃料百分比数过于接近而影响曲线的绘图。4. 缓慢调节空气和燃气流量，当火焰稳定后，用钢尺测得火焰内锥高度。测量状况不少于 6 种，为减少测量误差，对每种情况最好测三次，然后取平均值。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，求出可燃混合气在本生灯管内的流速 us(本生灯管内径为 25mm)，并求出燃气在混合气中的百分数。2. 计算出火焰传播速度 u0，将有关数据填入表二内，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.
10、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？表二 本生灯法层流火焰传播速度的测定喷管口面积： 室温： 当地大气压： kPa实验台号： 单位：压力：kPa 流量：mL/h燃气测量值 空气测量值 折算流量序号 压力 流量 压力 流量 燃气 空气总流量qv(mL/s)燃气体积百分数气流出口速度 us(cm/s)火焰传播速度 u0(cm/s)火焰高度(mm)1231平均1232平均1233平均1234平均1235平均1236平均实验三 预混天然气点火枪点火、脱火、熄火实验一、实验目的：观察预混天然气点火枪点火、脱火、熄火时的现象，测定火焰发生脱火和熄火时天然气和空气的流量特性
11、。二、实验原理预混燃烧是将燃气与燃烧所需空气进行预先混合，燃烧过程在动力区进行，又称为动力燃烧。对于同一燃烧器而言，不同的燃气流量或空燃比，均会造成火焰出现回火、脱火和熄火现象。图 1 实验系统图三、实验设备与燃料实验设备：点火燃烧器、点火变压器、玻璃转子流量计、空气压缩机、卷尺燃料：天然气四、实验步骤1. 开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄露对人员造成危害。2. 按照实验原理图接好管路，并检查密封性。3. 打开空气压缩机旁通阀，开启空气压缩机。4. 合上点火电源开关，开始点火。 （注意：持续点火时间不能超过 15 秒） 。5. 打开天然气管道阀门，缓慢调节天然气流量计调节阀。6. 打开空气
12、管道阀门，缓慢调节空气流量计调节阀。7. 点火完成后，关闭点火电源开关。8. 分别调节天然气和空气流量计，调节至实验所需的流量。记录发生脱火、熄火时天然气和空气的流量，测量并记录下火焰直径、长度。观察火焰是否发生脱火，并记录下脱火距离。9. 实验结束后关闭所有阀门、电源。三 通空气压缩机调节阀调节阀 天然气管道流量计流量计点火燃烧器点火变压器五、数据处理1 根据实验测得的数据，计算出各种工况下的空气/燃料比。2 作出火焰长度与空燃比的关系曲线。3 根据实验所测得的数据，记录下发生脱火和熄火时火焰参数，填入表中。表一 各工况下的火焰燃烧特性工 况 1 2 3 4天然气流量（L/min）空气流量（L/min)火焰长度（mm）火焰直径（mm）脱火距离（mm）火焰颜色表二 脱火和熄火时火焰燃烧特性项目 脱火 熄火天然气流量（L/min）空气流量（L/min）空燃比脱火距离（mm）六、思考题1 预混燃烧与非预混燃烧的主要区别是什么？2 脱火、熄火的主要影响因素？3 如何保证预混气体高效燃烧？
