燃烧学实验指导书内蒙古科技大学热能与动力工程学院教学实验中心二O一一年三月燃烧学实验指导书1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2实验一 Bensun火焰及Smithell法火焰分离. 3实验二 预混火焰稳定浓度界限测定4实验三 气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定6实验四 本生灯法层流火焰传播速度的测定11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 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。燃烧学实验实验指导书2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司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)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燃烧学实验指导书3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( 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。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，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？2火焰分离时，为什么锥间距离过大，外锥会被吹脱？燃烧学实验实验指导书4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、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。燃烧学实验指导书5五、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： 室温： 当地大气压： 单位：压力：kPa 流量：L/h黄尖 圆锥火焰 回火 吹脱燃气 空气 燃气 空气 燃气 空气 燃气 空气序号压力 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123六、思考题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？为什么？燃烧学实验实验指导书6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，比预混火焰更明亮，更长。没有管内回火，燃料较富时易产生炭烟。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与燃气容积流量q v成正比。本试验装置可以验证这一关系( 实验中用自制的简易测高仪或直尺测量火焰高度)。火焰的温度分布是火焰研究的重要内容。本实验中用铂-老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. 空气压缩机、稳压筒，射流扩散火焰试验系统2. 热电偶，数字温度表3. I号及II号短喷管， II号及III号石英玻璃套管四、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. 接通数字温度表进行预热，预热时间约半小时。3. 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。4. 按试验原理系统图，检查并连接好各管路，安装好II号短喷管 (喷口内径7.32mm) 。5. 打开空气 (进气)总阀，按要求设定射流空气定值器压力(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。6. 分别打开预混空气及燃气调节阀，输入燃气和空气( 预混空气量250L/h左右，燃气流量4L/h左右 )，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。7. 适当开启射流空气调节阀，安装III号石英玻璃同心套管，逐渐关闭预混空气调节阀，实现从预混燃烧到扩散燃烧的转变。减小燃气流量(2L/h) ，调节射流空气量，形成不冒黑烟的稳定火焰。8. 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0.5mm 测量一个火焰温度。将测量结果记录到表二中。9. 换装 II号石英玻璃同心套管，将燃气流量稳定在10L/h左右，调节射流空气量，观察并比较通风不足和通风过量的火焰现象。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。燃烧学实验指导书710. 将射流空气量稳定在2500L/h左右，调节燃气流量(47L/h)，用直尺测量不同燃气流量( 不同雷诺数 )时的火焰高度。将结果记录在表三中。11. 关闭燃气及空气调节阀，换装I号短喷管( 喷口内径5.10mm)。分别打开预混空气及燃气调节阀，输入燃气和空气，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。12. 适当开启射流空气调节阀，安装II号石英玻璃同心套管。13. 将射流空气量稳定在2400L/h左右，调节燃气流量(46L/h)，测量不同燃气流量(不同雷诺数) 时的火焰高度。将结果记录在表三中14. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理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，求出喷管出口燃