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本生燈法測定火焰法向傳播速度實驗指導書


一、實驗目的
1.鞏固火焰傳播速度的概念,掌握本生燈法測量火焰傳播速度的原理和方法。
2.測定液化石油氣的層流火焰傳播速度。
3.掌握不同的氣/燃比對火焰傳播速度的影響,測定出不同燃料百分數下火焰傳播速度的變化曲線。
二、實驗原理
層流火焰傳播速度是燃料燃燒的基本參數。測量火焰傳播速度的方法很多,本試驗裝置是用動力法即本生燈法進行測定。
正常法向火焰傳播速度定義為在垂直于層流火焰前沿面方向上火焰前沿面相對于未燃混合氣的運動速度。在穩定的Bensun火焰中,內錐面是層流預混火焰前沿面。在此面上某一點處,混合氣流的法向分速度與未燃混合氣流的運動速度即法向火焰傳播速度相平衡,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
                         
式中:us-混合氣的流速(cm/s);
α-火焰錐角之半。
或                   
式中:qv-混合氣的體積流量(L/s);
          h-火焰內錐高度(cm);
          r-噴口半徑(cm)。
上式是使用本生燈火焰高度法測定可燃混合氣體的層流火焰傳播速度的計算式。在我們的實驗中,可燃混合氣體的體積流量是用濕式流量計分別測定燃氣與空氣的體積流量而得到的,內錐焰面底部圓的半徑r可取本生燈噴口半徑;內焰錐高度h可由測高尺測量。
 
三、實驗設備結構
   實驗臺由本生燈、旋渦氣泵、濕式氣體流量計、U型管壓差計、測高尺等組成。旋渦氣泵產生的空氣通過瀉流閥、穩壓罐、濕式氣體流量計、調壓閥后進入本生燈,燃氣經減壓器、濕式氣體流量計、防回火器、調壓閥后進入本生燈與空氣預混合,點燃后通過測量內焰錐高度計算火焰的傳播速度。
四、實驗步驟
1、啟動旋渦氣泵,調節風量使本生燈出口流速約為0.6m/s,并由濕式流量計讀出空氣流量。
2、由以上空氣流量,可粗略地估算出一次空氣系數約為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2時的燃氣流量。
3、開啟燃氣閥,調整燃氣流量分別為上述5個 計算值的近似值(流量值由流量計讀出)。
4、緩慢調節空氣和燃氣流量,當火焰穩定后,分別由濕式流量計測出燃氣與空氣的體積流量;由測尺測出火焰內錐高度(從火焰底部,即噴口出口斷面處到火焰頂部間的距離)。為減少測量誤差,對每種情況最好測三次,然后取平均值。
5、記錄室溫,計算出值。
6、環境溫度的檢測儀器與大氣壓力檢測的儀器由用戶自備。
五、數據處理
1. 根據理想氣體狀態方程式(等溫),將燃氣和空氣測量流量換算成(當地大氣壓下)噴管內的流量值,然后計算出混合氣的總流量,求出可燃混合氣在管內的流速us,并求出燃氣在混合氣中的百分數。
2.計算出火焰傳播速度u0,將有關數據填入表內。
六、思考題
1.液化石油氣的最大火焰傳播速度是多少?對應的燃氣百分數是多少?誤差如何?
2. 應選定Bensun火焰的哪個面為火焰前沿面?為什么?

噴管口半徑:    cm 室溫:    ℃  當地大氣壓:      kPa
                  
序號 燃氣測量值 空氣測量值 折算流量 總流量qv(L/s) 燃氣
體積
百分數
氣流出口速度us
(cm/s)
火焰傳播速度u0
(cm/s)
火焰高度
(cm)
 
 
壓力 流量 壓力 流量 燃氣 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                     1    
2    
3    
平均    
6                     1    
2    
3    
平均    

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