燃烧学实验报告.docx

实验一 Bensun火焰及Smithell法火焰分离
所属课程：《燃烧学》 实验人：陆寅骅 实验日期：2015年5月13日

1.实验目的
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。

2.实验仪器及器材
名称
型号规格
生产厂家
空气压缩机
BX-2025
福建巨霸机械有限公司
丙烷气罐及丙烷气
MS-12.2L
江苏民生高压容器制造有限公司
玻璃转子流量计（空气）
LZB-6
上海天川仪表厂
玻璃转子流量计（燃气）
LZB-3WB
上海天川仪表厂
空气及燃气压力表
ZB-Y-60
上海正保仪表厂
空气压力定值器
AR-2000
浙江三正气动有限公司
本生灯
喷口内径11.2mm
上海长玻玻璃仪器有限公司
石英玻璃管
内径9.2mm
上海长波玻璃仪器有限公司
点火枪
BDP-250
韩国大陆制罐
数码相机
D5000
NIKON

3.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。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。

4.实验步骤
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6~7L/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。

5.数据记录与处理
火焰形式
丙烷流量
空气流量
扩散火焰
400ml/min
10L/h
预混火焰（黄尖）
400ml/min
40L/h
纯预混火焰
400ml/min
100L/h

6.实验结果
在丙烷流量不变的条件下，空气流量的变化会使火焰形式发生改变。

实验二 本生灯法层流火焰传播速度的测定
所属课程：《燃烧学》 实验人：陆寅骅 实验日期：2015年5月15日

1. 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。

2.实验仪器及器材
名称
型号规格
生产厂家
空气压缩机
BX-2025
福建巨霸机械有限公司
丙烷气罐及丙烷气
MS-12.2L
江苏民生高压容器制造有限公司
玻璃转子流量计（空气）
LZB-6
上海天川仪表厂
玻璃转子流量计（燃气）
LZB-3WB
上海天川仪表厂
空气及燃气压力表
ZB-Y-60
上海正保仪表厂
空气压力定值器
AR-2000
浙江三正气动有限公司
本生灯
喷口内径11.2mm
上海长玻玻璃仪器有限公司
石英玻璃管
内径9.2mm
上海长波玻璃仪器有限公司
点火枪
BDP-250
韩国大陆制罐
数码相机
D5000
NIKON

3.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。本试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7)，
即u0=ussinα （1）
式中：us－混合气的流速（cm/s）；α－火焰锥角之半。
或u0=318qvrr2+h2 (2)
式中：qv－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，可由自制简易测高仪测出。

4.实验步骤
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 .调整自制简易测高仪，使测高仪的不锈钢箭头对准火焰内锥。
5. 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。
6. 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。
7. 根据液化石油气火焰的稳定性曲线，预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。
8. 缓慢调节空气和燃气流量，当火焰稳定后，用测高仪测得火焰内锥高度。
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。

5.实验数据记录
序号
燃气测量值
空气测量值
折算流量
总流量qv（ml/s）
燃气体积
百分数
气体流速us（cm/s）
火焰速度u0(cm/s）
α(︒)
压力(bar)
流量(ml/min)
压力(bar)
流量(L/h)
燃气(ml/s)
空气(ml/s)
1
2
310
2
90
10.33
50
60.33
17.12%
319.93
72.70
13.13
2
2
250
2
70
8.33
38.89
47.22
17.64%
250.41
67.52
15.64
3
2
410
2
160
13.67
88.89
102.56
13.33%
543.87
109.67
11.63

6.数据处理

7.实验结果

实验三 预混火焰稳定浓度界限测定
所属课程：《燃烧学》 实验人：陆寅骅 实验日期：2015年5月20日

1. 实验目的
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。

2.实验仪器及器材
名称
型号规格
生产厂家
空气压缩机
BX-2025
福建巨霸机械有限公司
丙烷气罐及丙烷气
MS-12.2L
江苏民生高压容器制造有限公司
玻璃转子流量计（空气）
LZB-6
上海天川仪表厂
玻璃转子流量计（燃气）
LZB-3WB
上海天川仪表厂
空气及燃气压力表
ZB-Y-60
上海正保仪表厂
空气压力定值器
AR-2000
浙江三正气动有限公司
本生灯
喷口内径11.2mm
上海长玻玻璃仪器有限公司
石英玻璃管
内径9.2mm
上海长波玻璃仪器有限公司
点火枪
BDP-250
韩国大陆制罐
数码相机
D5000
NIKON

3.实验原理
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)。

4.实验步骤
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3.8~5.2L/h之间，再选2~4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。

5.实验数据记录
序号
黄尖
预混火焰
回火
吹脱

燃气
空气
燃气
空气
燃气
空气
燃气
空气

流量(L/h)
流量(L/h)
流量(L/h)
流量(L/h)
1
13.2
30
24
140
9
30
9
50
2
18
60
19.2
100
9
20
12
100
3
24
100
13.2
50

22.8
200
4
30
150

6.数据处理
气/燃比
黄尖
预混火焰
回火
吹脱

2.27
5.83.
3.33
5.56

3.33
5.21
2.22
8.33

4.17
3.79

8.77

5

7.实验结果

实验四 静压法气体燃料火焰传播速度测定
所属课程：《燃烧学》 实验人：陆寅骅 实验日期：2015年5月22日

1. 实验目的
火焰传播速度（即燃烧速度）是气体燃料燃烧的重要特性之一，它不仅对火焰的稳定性和燃气互换性有很大的影响，而且对燃烧方法的选择、燃烧器设计和燃气的安全使用也有实际意义。
通过本次试验，要求学生熟悉静压法（管子法）测定火焰传播速度（单位时间内在单位火焰面积上所燃烧的可燃混合物的体积）的方法。了解火焰传播速度u0、火焰行进速度up和来流（供气）速度us相互之间的关系。

2.实验仪器及器材
名称
型号规格
生产厂家
空气压缩机
BX-2025
福建巨霸机械有限公司
丙烷气罐及丙烷气
MS-12.2L
江苏民生高压容器制造有限公司
玻璃转子流量计（空气）
LZB-6
上海天川仪表厂
玻璃转子流量计（燃气）
LZB-3WB
上海天川仪表厂
空气及燃气压力表
ZB-Y-60
上海正保仪表厂
空气压力定值器
AR-2000
浙江三正气动有限公司
本生灯
喷口内径11.2mm
上海长玻玻璃仪器有限公司
石英玻璃管
内径9.2mm
上海长波玻璃仪器有限公司
点火枪
BDP-250
韩国大陆制罐
数码相机
D5000
NIKON

3.实验原理
在一定的气流量、浓度、温度、压力和管壁散热情况下，当点燃一部分燃气－空气混合物时，在着火处形成一层极薄的燃烧火焰面。这层高温燃烧火焰面加热相邻的燃气－空气混合物，使其温度升高，当达到着火温度时，就开始着火形成新的焰面。这样，焰面就不断向未燃气体方向移动，使每层气体都相继经历加热、着火和燃烧过程，即燃烧火焰锋面与新的可燃混合气及燃烧产物之间进行着热量交换和质量交换。层流火焰传播速度的大小由可燃混合物的物理化学特性所决定，所以它是一个物理化学常数。
过量空气系数(即空气消耗系数)Φat对火焰燃烧温度Tf的影响见图3所示，预热空气温度Ts对火焰燃烧温度Tf影响见图4所示，过量空气系数Φat对火焰传播速度u0影响见图5所示。

图6 静压法测定气体燃料火焰传播速度试验台示意图
1.空压机；2．LPG罐；3．燃气阀；4．燃气流量计；5．空气流量计；6．引射管；7．温度计；8．稳压筒；9．可燃气进口端；10．空气压力表；11．燃气压力表；12．预混空气定值器 13．石英玻璃管 14．点火枪

4.实验步骤
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. 起动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。
3. 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)。
4. 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. 稍开预混空气调节阀及燃气调节阀，使石英玻璃管内充满一定浓度的燃气-空气可燃混合物(参考参数：燃气流量4.2L/h；空气流量280~300L/h)。
6. 用点火枪在石英玻璃管出口端点燃可燃混合气(注意点火枪不能直接对着玻璃管中心，防止流动的可燃混合气对点火花的吹熄)；如点火不成功，则重新调整燃气和空气的流量，保证可燃混合物处在着火浓度极限范围内，直至点火成功。
7. 观察石英玻璃管口的火焰形态。
8. 交替调节预混空气调节阀和燃气调节阀，使火焰呈预混合火焰的特征。
9. 微调空气阀和燃气阀，使可燃混合气流量微量减小，致使石英玻璃管口火焰锋面朝着可燃混合气一侧缓慢移动。当火焰锋面基本置于石英玻璃管中间段位置时，微量调节空气流量阀门，使可燃混合气流量微量增大。当燃烧速度等于可燃气的来流(供气)速度时，火焰行进速度等于零，此时，火焰锋面在空间驻定静止不动。
如果供气速度调节过大，会造成火焰脱火；反之，会造成回火而吹熄；此时重复5~10过程，直至燃烧火焰锋面在石英玻璃管中间段驻定而不移动。
(火焰锋面驻定参考参数：燃气压力0.30kPa，流量4.2L/h；空气压力0.75kPa，流量270L/h)
10. 管内的火焰特征，在有条件的情况下用数码相机或摄像机拍摄管内的火焰形状。
11. 记录试验台号，当地大气压，燃气、空气流量及压力。
12. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。
5.实验数据记录及处理
序号
燃气测量值
空气测量值
折算流量
总流量qv（ml/s）
气体流速us（cm/s）
火焰速度u0(cm/s）
压力(bar)
流量(ml/min)
压力(bar)
流量(L/h)
燃气(ml/s)
空气(ml/s)
1
2
310
2
100
10.33
55.56
65.89

6.实验结果