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1、钝体稳焰测定现象观察概述在燃气测试实验技术课程中，我们共做了静力法测管内火焰传播速度、燃气表的校正 和钝体稳焰测定实验。下面就对钝体稳焰测定进行概述：在钝体稳焰测定试验中，我们用到的实验器材有本生灯、中压风机、钝体和城市燃气。（如 下图）一、本生灯原理在本生灯发明前，所用煤气灯的火焰很明亮，但温度不高，是因煤气燃烧不完全造成的。 本生将其改进为先让煤气和空气在灯内充分混合，从而使煤气燃烧完全，得到无光高温火焰。本生灯是实验室常用的中高温加热工具。因其操作温度较酒精灯高，故灯具的材质必须使 用较耐热的金属。又由于它的燃料在室温时是气态，使用时应特别注意管线的安全。本生灯在 使用时要特别注意使用安
2、全。使用前必先检查所有开关是否在关闭的状态。确定所有的开关都 在关闭的状态时，才能打开瓦斯的总开关。可以看出，本生灯是利用可燃气体的预混来实现燃烧的不同现象。在这个实验当中，就是 利用本生灯有预混的特点来进行火焰预混实验现象观察和钝体稳焰现象观察。 二、火焰观察1、鼓风前（扩散式燃烧）鼓风前的火焰形状如下图所示，为近似的扩散火焰，接近管口焰心为淡蓝色，其上面大部 的外焰全为黄色。之所以为近似的扩散火焰，是因为可燃气体进入本生灯后会引射少量空气，进行少量的预混，一次空气系数非常低。此时，外焰呈黄色，由于燃料从管口射流后，只能从 周围空间吸收空气与之混合，但是这样的混合是非常不不充分的，只能进行不
3、完 全燃烧，并且不断颤动，形成紊流火焰。减少燃气的流速可以使紊流火焰过渡到层流火焰（如左图所示）。层流火焰分 为两层，一层（即焰心）为射流出的可燃气体，一层（即外焰）为射流出的可燃 气体吸收周围空气进行燃烧的外锥，由于这样混合不充分，外焰为黄色。当火焰 为紊流时，火焰没有规整的轮廓；当火焰为层流时，火焰的外形是规整的。在紊 流情况下，气流速度对火焰长度不 会有明显影响。这是因为，气流的 紊流扩散速度是随气流速度的增加而增加的。当 气流速度增加时，一方面讲，这时的流量增加应 使火焰变长；另一方面讲，这时的混合速度增加 可使火焰缩短。这正负两方面的作用结果，便使 紊流火焰长度随气流速度的变化不明显
4、。在层流 情况下，火焰长度则与气流速度差不多成正比地 增加。扩散火焰的稳定性问题在实际中不像预混火焰那么突出，但这并不等于说扩散火焰不存在 稳定性问题。显然，扩散火焰不会回火，但可能脱火。2、鼓风后风机向本生灯鼓风，就是增加了可燃气体的一次空气系数，产生预混。根据观察，当鼓风量加大后，即气流速度加大后，火焰的黄色逐渐减少，蓝色逐渐增多。这是由于预混空气增加后，一次空气系数增大，可燃气体燃烧越来越充分。（1）大气式燃烧 按一定风量鼓风后，火焰保持长度一定 时间后开始慢慢变短，形状如下图所示，此 时的一次空气系数在 0 到 1 之间。此时，火 焰分为3 层，若图上所示的可燃气体层（焰 心）、第一燃
5、烧区（内焰）和第二燃烧区（外 焰）。可燃气体层中是从管口射流出的燃料；第一燃烧区是一个稳定的燃烧前沿，利用预混流体中的氧气燃烧燃料；第二燃烧区是由于预混 燃料中的空气有限，第一燃烧区中未燃烬的燃料靠射流从周围空间吸入空气与之混合，继续燃 烧，形成明显的外锥火焰。在这过程中，时不时的会在火焰中出现很明显的黄色火星，这是由于燃气当中存在碳粒造 成局部不完全燃烧形成的。（2）无焰燃烧 继续加大一定空气量，燃烧越来越充分，达到一次空气 系数等于 1，会发现火焰由三层变为两层，内外焰重合，火 焰颜色几乎全为淡蓝色，火焰长度越来越短，形成如右图所 示形状的稳定火焰。火焰由两层组成，一层（焰心）为一次 空气
6、系数等于 1 后预混均匀的可燃气体，另一层（外焰）为 充分燃烧的区域。由于燃料预混充分，在外锥燃烧完全，不 会继续射流产生更长的火焰，所以无焰燃烧的火焰非常短， 在这次实验中只有大约 2cm 长，形成无焰燃烧。（3）脱火 实验中，随着空气量的继续加大，会出现气流将火焰从管口“吹”掉，发生脱火现象。 脱火是指火焰基点全部或部分脱离燃烧头或火焰保持区的现象。脱火的原因：无焰燃烧时，从烧嘴流出的是已经按化学当量比例混合好的可燃气体，甚至 是稍贫的气体，这种气体由于受到大气的冲淡，其火焰传播速度显著下降，散热增加，因而容 易造成火焰的脱离和熄灭。脱火在实际应用中是有害的，必须通过有关措施来防治，比如将
7、燃烧通道做成突扩式以保 证使部分高温燃烧产物回流到火焰底部；采用带涡流稳定器或带点火环的烧嘴；在燃烧器上安 装辅助性点火烧嘴或者在烧嘴前方设置起点火作用的高温砌体； W 小于断火临界速度。（4）回火 在无焰燃烧的情况下，将燃料速度慢慢降低，会发现火焰会从管口消失，当火焰一消失就 将燃料速度增大，又会发现火焰又回到管口，这就是回火现象。回火有逆火和回烧两种:火焰 向喷嘴孔逆行,并瞬时自行熄灭,同时伴有爆鸣声的现象称为逆火;火焰向喷嘴孔逆行,并继续 向混合室和气体管路燃烧的现象这种回火有可能烧毁焊（割）炬、管路以及引起可燃气体贮罐的 爆炸称为回烧。回火和脱火的根本原因是：火焰传播速度与气流喷出速度
8、之间的动平衡遭到破坏。对于回火来讲，就是火焰传播速度大于气流喷出速度所致。如右图所示，当燃料速度小时，火焰向管内传播；当燃料速度大时，火焰向管外传播。回火在实际应用中是有害的，必须通过有关措施来防治，比如气流速度必须大于某一临界速度；保证出口断面速度均匀，避免气流受外界干扰；喷口冷却，小口径气冷，大口径水冷。5）钝体稳焰燃烧在上文中已经提到脱火，当燃烧系统的燃料气或燃料油压力过高时，燃烧喷嘴会发生脱火现象，会造成无火甚至因可燃气体聚集造成爆炸。那么，我们就要采取有效进行防害。在上文提到的较多的是利用带点火的装置，而在很多设备中利用的是比较简单的钝体稳流原理。钝体是指能阻碍流体流动障碍物。稳焰燃
9、烧是指利用障碍物阻挡燃气流后，可以使其稳定的燃烧。在无焰燃烧情况下，继续加大一定空气量，会发现火焰只剩一个淡蓝色的焰锥（如图1所示）。这个焰锥是由于一次空气系数等于 1，燃料在出管口时就被完全燃烧，并且只进行一次燃烧形成的。此时，如果继续加大燃料流速或者加通空气量，就会出现气流将火焰从管口“吹”掉的脱火现象。在发生脱火现象的情况下，我们在管口加一个阻碍燃料流体流动的钝体，然后用打火机点燃流体，发现会形成如图 2 所示的在钝体上稳定燃烧的火焰。火焰在钝体两侧燃烧，形成了漂 亮的蝴蝶形。此时的火焰由一层组成，即像图 1 所示的完全燃烧层。之所以会形成这样的现象，是由于起初火焰传播速度小于气流喷出速度，造成火焰无法传 播，导致火焰熄灭。在管口加上障碍物钝体后，钝体就使得周围的燃料流速降低，与火焰传播 速度相同，那么在钝体周围就形成了稳定火焰。而在管口与钝体之间没有火焰，是由于钝体只 降低了钝体周围的少部分燃料流体速度，对钝体以前的流体速度影响不大。在钝体稳焰情况下，将钝体去掉后，火焰又熄灭了，钝体就在燃烧过程中起到了稳焰的作 用。钝体稳焰测定实验，让我实际地清楚地观察到了燃气的层流火焰、紊流火焰、扩散火焰、 大气式燃烧、无焰式燃烧、脱火、回火以及钝体稳流燃烧，极大地增加了我对燃气学科学习的 兴趣，非常感谢老师们给我们提供这样一个平台和机会，也希望有更多这样的机会进行更深入 地学习。
