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1、燃烧学实验报告 学 院 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 2017 年 01 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3实验一 Bensun火焰及Smithell法火焰分离. 6实验二 预混火焰稳定浓度界限测定8实验三 气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定11实验四 本生灯法层流火焰传播速度的测定15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)石英玻璃套管共
2、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 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用)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。 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
3、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
4、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，混合器，钢尺，点火枪等组成。实验用仪器仪表型号规格见表.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
5、司三、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.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/kgkmol/kg液化石油气(LPG)C3H8440.54-42.115.80.541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RONMON504-73.346.39426349096-11189-96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
6、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。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
7、，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. 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
8、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。6. 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Bensun火焰时(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，
9、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。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：外锥是扩散火焰，里面是预混火焰；预混气处于内管的脱火限和外管的回火限之间；火焰燃烧速度增加。2火焰分离时，为什么锥间距离过大，外锥会被吹脱？答：供应速度比燃烧速度大。实验二 预混火焰稳定浓度界限测定一、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浓度界限。二
10、、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10.0mm)，接通循环冷却水；罩上有机玻璃挡
11、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，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
12、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(回火线、吹脱线及发烟线)。表一 层流火焰稳定性的测定燃料：石油液化气 实验台号：1 室温：20 当地大气压：101kpa 单位：压力：k
13、Pa 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11021101510541015108710151111010152103210151065101510981015112111015310430151076101511091015113121015六、思考题1. 在怎样的空燃比下，点火比较容易，为什么？答：空燃比越接近理论空燃比14.7：1，点火比较容易；因为燃烧较完全。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：先打开空气阀门，使浮子流量计中空气流量和燃料分别达到预定的点火值。
14、在管口点火，稳定燃烧后再精确调节空气和燃料流量；因为要保证燃料空气充分混合，并保持实验过程中预混气温度恒定。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. 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。二、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，比预混火
