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1、RQYY- 3
本生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣?
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院
二 0 一一年四月
本生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣?
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1?了解本生燈的工作原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)成,觀察火焰結(jié)構(gòu),鞏固火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊母拍睢?
2. 測(cè)定液化石油氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?,掌握本生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗?方法。
3. 測(cè)定不同燃料百分?jǐn)?shù)下火焰?zhèn)鞑ニ俣?,掌握不同油氣比?duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懀?
二、 實(shí)驗(yàn)原理
層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁侨剂先紵幕緟?shù)。測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆椒ê芏?,本試?yàn) 裝置是用動(dòng)力法即本生燈法進(jìn)行測(cè)定。
正常法向火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x為在垂直于層流火焰前沿面方向
2、上火焰前沿面相對(duì)于未 燃混合氣的運(yùn)動(dòng)速度。在穩(wěn)定的 Ben su n火焰中,內(nèi)錐面是層流預(yù)混火焰前沿面。在此面
上某一點(diǎn)處,混合氣流的法向分速度與未燃混合氣流的運(yùn)動(dòng)速度即法向火焰?zhèn)鞑ニ俣认?平衡,這樣才能保持燃燒前沿面在法線方向上的燃燒速度 (圖1),即
5 =us sin :
式中:乂―混合氣的流速(cm/s);
a—火焰錐角的一半。
U0
=1000
qv
_r ■. r 2 ' h2
cm/s
式中:qv—混合氣的體積流量(L/s);
h —火焰內(nèi)錐高度(cm); r —噴口半徑(cm)
10—單位換算系數(shù)
圖1火焰?zhèn)鞑ニ俣?
測(cè)試原理
3、
U0的計(jì)算式。
上式是使用本生燈火焰高度法測(cè)定可燃混合氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?
在我們的實(shí)驗(yàn)中,可燃混合氣體的流量 qv是用浮子流量計(jì)分別測(cè)定燃?xì)馀c空氣的單位體
積流量而得到的,內(nèi)錐焰面底部圓的半徑 r可取本生燈噴口半徑; 內(nèi)焰錐高度h可由測(cè)高 尺測(cè)量。
三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
利用火焰試驗(yàn)系統(tǒng),調(diào)節(jié)預(yù)混空氣調(diào)節(jié)閥,觀測(cè)預(yù)混火焰的回火和脫火等現(xiàn)象。利 用本生燈火焰試驗(yàn)系統(tǒng),調(diào)節(jié)預(yù)混空氣調(diào)節(jié)閥,觀測(cè)本生燈火焰的內(nèi)、外火焰鋒面。按 照生燈法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑砗头椒?,測(cè)定不同空氣消耗系數(shù)時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?從而繪制得到火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c空氣消耗系數(shù)的關(guān)系曲線。
四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)
4、由本生燈、旋渦氣泵、浮子氣體流量計(jì)、測(cè)高尺等組成。旋渦氣泵產(chǎn)生的 空氣通過瀉流閥、穩(wěn)壓罐、濕式氣體流量計(jì)、調(diào)壓閥后進(jìn)入本生燈,燃?xì)饨?jīng)減壓器、浮 子氣體流量計(jì)、防回火器、調(diào)壓閥后進(jìn)入本生燈與空氣預(yù)混合,點(diǎn)燃后通過測(cè)量?jī)?nèi)焰錐 高度計(jì)算火焰的傳播速度。如圖 2所示。
2、開啟燃?xì)忾y,調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/h,表壓為0.52 kPa。
2、開啟燃?xì)忾y,調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/h,表壓為0.52 kPa。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1、啟動(dòng)旋渦氣泵,調(diào)節(jié)風(fēng)量使空氣流量約為
3
0.56 m /h,表壓為 0.35 kPa。
2、開啟燃?xì)忾y,調(diào)整燃?xì)饬髁考s為 24 L/
5、h,表壓為0.52 kPa。
3、使用點(diǎn)火槍在本生燈管口點(diǎn)燃預(yù)混氣體。由以上燃?xì)饬髁?,粗略估算出一次?
氣系數(shù) n 約為 0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 時(shí)的空氣流量(可取 0.6、0.56、0.52、0.48、0.44 m3/h)。
4、 緩慢調(diào)節(jié)空氣流量,使空氣消耗系數(shù) 宀=1。當(dāng)火焰穩(wěn)定后,觀察火焰外形、顏 色,記錄燃?xì)馀c空氣的體積流量和壓力,由測(cè)尺測(cè)出火焰內(nèi)錐高度(從火焰底部,即噴
口出口斷面處到內(nèi)錐頂部間的距離) 。為減少測(cè)量誤差,對(duì)每種情況最好測(cè)三次,然后取
平均值。
5、 選擇n為0.8、0.9、1.1、1.2時(shí)的空氣流量進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。
6、 記錄
6、室溫和當(dāng)前大氣壓力。
7、 關(guān)閉甲烷和壓縮空氣閥門。
&實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
六、數(shù)據(jù)處理
1 .根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式 (等溫),將燃?xì)夂涂諝鉁y(cè)量流量(為 20C, 101325Pa 時(shí)的值)換算成實(shí)驗(yàn)條件下噴管內(nèi)的流量值,然后計(jì)算出混合氣的總流量,求出可燃混
合氣在管內(nèi)的流速 比,并求出空氣消耗系數(shù)。
2 .計(jì)算出火焰?zhèn)鞑ニ俣?U0,將有關(guān)數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、填入記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算
噴管口半徑: cm 室溫: °C 當(dāng)?shù)卮髿鈮海? kPa
序 號(hào)
燃?xì)鉁y(cè)量值
L/h
空氣測(cè)量值
m3/h
折算流量
L/h
總流量
qv(L/s)
空氣消 耗系數(shù)
7、
%
氣流出口 速度Us
(cm/s)
火焰?zhèn)鞑?
速度U0
(cm/s)
火焰高度
(cm)
壓力
流量
壓力
流量
燃?xì)?
空氣
1
1
2
3
平均
2
1
2
3
平均
3
1
2
3
平均
4
1
2
3
平均
5
8、
1
2
3
平均
6
1
2
3
平均
2、 思考題
(1) 為什么用本生燈裝置可用來測(cè)量層流燃燒速度?
(2) 應(yīng)選定Bensun火焰的哪個(gè)面為火焰前沿面?為什么?
(3) 數(shù)據(jù)整理后,畫出層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S空氣消耗系數(shù)變化的 uO?n曲線圖。
3、 數(shù)據(jù)誤差分析并加以說明。
附錄
不同濃度下的甲烷層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘?shí)驗(yàn)值(參考)
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
1
2
3
4
5
6
燃?xì)怏w積流量(L/s)
0.0102
0.0111
0.012
0.014
0.0156
9、0.0169
空氣體積流量(L/s)
0.122
.0123
0.122
0.122
0.123
0.122
一次空氣系數(shù)n
1.26
1.17
1.07
0.92
0.83
0.76
錐狀內(nèi)焰高度cm
1.98
1.73
1.44
1.35
1.66
2.73
層流火焰速度u0 (cm/s)
26
30
35
37
32
21
液化石油氣知識(shí)(來源于網(wǎng)上)
液化石油氣是煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品。 催化裂解氣
的主要成份如下(% :氫氣5?6、甲烷10、乙烷3?5、乙烯3、丙烷16?20、丙烯6? 11、
10、丁烷42?46、丁烯5?6,含5個(gè)碳原子以上的烴類 5?12。這些碳?xì)浠衔锒既菀?液化,將它們壓縮到只占原體積的 1/250?1/33,貯存于耐高壓的鋼罐中, 使用時(shí)擰開液
化氣罐的閥門,可燃性的碳?xì)浠衔餁怏w就會(huì)通過管道進(jìn)入燃燒器。點(diǎn)燃后形成淡藍(lán)色 火焰,燃燒過程中產(chǎn)生大量熱 (發(fā)熱值約為92100kJ/m3?121400kJ/m3 )。并可根據(jù)需要,
調(diào)整火力,使用起來既方便又衛(wèi)生。液化石油氣雖然使用方便,但也有不安全的隱患。
萬一管道漏氣或閥門未關(guān)嚴(yán), 液化石油氣向室內(nèi)擴(kuò)散, 當(dāng)含量達(dá)到爆炸極限(1.7%?10%)
時(shí),遇到火星或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸。為了提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)液化氣是否泄漏,加工廠 常向液化氣中混入少量有惡臭味的硫醇或硫醚類化合物。一旦有液化氣泄漏,立即聞到 這種氣味。而采取應(yīng)急措施。
取實(shí)驗(yàn)用液化石油氣成份為:
出 5; CH4 10; C2H6 4; C2H4 3; C3H8 20; C3H6 7; C4H10 45; C4H8 6
據(jù)此計(jì)算理論空氣需要量
L0=4.76[1/2H2+2CH4+3.5C2H6+3C2H4+5C3H8+4.5C3H6+6.5C4H10+6C4H8] X10-2 =4.76[2.5+20+14+9+100+31.5+292.5+36]/100
3 3
=24.06 m /m