燃燒學實驗指導書
內蒙古科技大學
熱能與動力工程學院
教學實驗中心
二o一一年三月
目錄實驗原理系統圖、實驗儀器儀表型號規格及燃料物理化學性質………………2
實驗一 bensun火焰及smithell法火焰分離3
實驗二預混火焰穩定濃度界限測定4
實驗三氣體燃料的射流燃燒、火焰長度及火焰溫度的測定…………………6
實驗四本生燈法層流火焰傳播速度的測定11
燃燒噴管及石英玻璃管說明
燃燒噴管共4根，分別標記為：
i號長噴管 — 細的長噴管(噴口內徑7.18mm)
ii號長噴管 — 粗的長噴管(相配的冷卻器出口直徑10.0mm)
i號短噴管 — 細的短噴管(噴口內徑5.10mm)
ii號短噴管 — 粗的短噴管(噴口內徑7.32mm)
石英玻璃套管共3個，分別標記為：
i號玻璃管 — 最細的石英玻璃管(本生燈火焰內外錐分離用)
ii號玻璃管 — 中間直徑的石英玻璃管(觀察burk-schumann火焰現象及測定射流火焰長度用)
iii號玻璃管 — 最粗的石英玻璃管(測定射流火焰溫度用)
燃燒學實驗注意事項
1． 實驗台上的玻璃管須輕拿輕放，用完後橫放在實驗台裡側，以防墜落。
2． 燃燒火焰的溫度很高，切勿用手或身體接觸火焰及有關器件。
3． 燃燒完後的噴嘴口、水平石英管的溫度仍很高，勿碰觸，以防燙傷。
4． 在更換燃燒管時，手應握在下端，盡量遠離噴嘴口。
試驗用儀器儀表型號規格
燃氣的物理化學性質
實驗一 bensun火焰及smithell法火焰分離
一、目的：
1. 觀察bensun火焰的圈頂效應、壁面淬熄效應及火焰外凸效應；燃料濃度對火焰顏色的影響；氣流速度對火焰形狀的影響等各種火焰現象。
2. 了解本生燈火焰內外錐分離的原理和方法。
二、原理
預混合燃燒即動力燃燒，其機理是燃氣與燃燒所需的部分空氣進行預先混合，燃燒過程在動力區進行，形成的火焰稱之為bensun火焰。當燃料和空氣流量調節到化學當量比時，本實驗台上即能出現穩定的bensun火焰，其內錐為藍綠色的預混火焰(內錐表面呈白色)，外錐為淡黃色的擴散火焰。同時能觀察到火焰的圓形頂點效應、壁面淬熄效應及火焰外凸效應。
改變可燃氣的混合比，可以觀察到火焰顏色的變化。當空氣濃度較低時，擴散火焰佔主要部分，反應不完全炭顆粒被析出，火焰呈黃色；空氣濃度增大後變成預混火焰，反應溫度高，完全燃燒，火焰呈藍色。富燃料的bensun火焰可以用smithell分離法進行內外錐分離。
bensun火焰及smithell火焰分離現象如圖1所示。
三、試驗裝置與燃料
空氣壓縮機、穩壓筒，bensun火焰試驗系統，i號長噴管，i號玻璃管，點火器。
燃料：液化石油氣。
四、試驗步驟
1. 開啟排風扇，保持室內通風，防止燃氣洩漏造成對人員的危害。
2. 開啟空壓機，使空壓機上壓力表達到0.4mpa。保證儲氣罐有足夠的空氣量。
3. 按實驗原理系統圖，檢查並連線好各管路，裝上i號長噴管(內徑7.18mm)，並套上支撐環架及i號玻璃管。
4. 開啟空氣(進氣)總閥，按要求設定預混空氣定值器壓力(定值器已預先調整好，勿需學生調整)。開啟液化石油氣開關閥，使燃氣管充滿石油氣，然後開啟燃氣(進氣)總閥。
5. 緩慢開啟預混空氣調節閥，使空氣流量指示在150l/h左右。再開啟燃氣調節閥，使燃氣流量指示在6~7l/h左右，用點火器在噴管出口點火。
6. 調節空氣流量，觀察不同空燃比時火焰顏色及形狀的變化。待管口形成穩定的bensun火焰時(空氣流量約275l/h左右)，記錄燃氣和空氣壓力、流量值。
7. 火焰內外錐分離：調節空氣流量(約150l/h左右)，使火焰內錐出現黃尖，托起支撐環架，使玻璃外管公升高，當外管口超過內管口時，火焰便移到外管口上；外管再公升到一定距離，外錐仍留在外管口處，而內錐移至內管口燃燒，從而實現了火焰分離；玻璃外管繼續公升高，外錐被吹脫。
記錄燃氣和空氣壓力、流量值。
8. 關閉燃氣和空氣閥門，整理試驗現場。
五、資料處理
記錄形成穩定的bensun火焰及smithell火焰分離現象時的燃氣和空氣壓力、流量值。記錄實驗台號、環境壓力和溫度。
六、思考題
1．本生燈火焰的內外錐各是什麼火焰？為什麼？在什麼情況下外錐比較明顯？
2．火焰分離時，為什麼錐間距離過大，外錐會被吹脫？
實驗二預混火焰穩定濃度界限測定
一、目的：
觀察預混火焰的回火和吹脫等現象，測定預混火焰的穩定濃度界限。
二、原理
火焰穩定性是氣體燃料燃燒的重要特性，在不同的空氣/燃料比時，火焰會出現冒煙、回火和吹脫現象。本試驗裝置可以定量地測定燃料濃度對火焰傳播穩定性的影響，從而繪製得到火焰穩定性曲線(回火線)。
三、試驗裝置與燃料
試驗裝置：小型空壓機、穩壓筒，bensun火焰試驗系統，冷卻水系統，ii號長噴管，有機玻璃擋風罩，點火器。
燃料：液化石油氣。
四、試驗步驟
1. 開啟排風扇，保持室內通風，防止燃氣洩漏造成對人員的危害。
2. 啟動壓縮空氣幫浦，直至壓氣機停止工作，保證儲氣罐有足夠的空氣量。
3. 按試驗原理系統圖，檢查並連線好各管路，裝上ii號長噴管及冷卻器(出口直徑10.0mm)，接通迴圈冷卻水；罩上有機玻璃擋風罩，稍開冷卻水閥，確保冷卻器中有少量水流過。
4. 開啟空氣(進氣)總閥，按要求設定預混空氣定值器壓力(定值器已預先調整好，勿需學生調整)。開啟液化石油氣開關閥，使燃氣管充滿石油氣，然後開啟燃氣(進氣)總閥。
5. 緩慢開啟預混空氣調節閥，使空氣流量指示在150l/h左右。再開啟燃氣調節閥，使燃氣流量指示在3.8l/h左右，用點火器在噴管出口點火。
6. 調節(增加)空氣流量，使火焰內錐出現黃尖，記錄火焰發煙時的燃氣和空氣引數。再增加空氣流量，使管口形成穩定的bensun火焰，記錄圓錐火焰的燃氣和空氣引數。
然後緩慢調小空氣流量，待形成平面火焰時，記錄燃氣和空氣引數。管口形成平面火焰為回火的貧富燃料線界限。緩慢增加空氣流量，待火焰被吹脫時，記錄燃氣和空氣引數。
上述各種現象時的燃氣和空氣壓力及流量記錄於表一中。
7. 在3.8~5.2l/h之間，再選2~4個不同燃氣流量點，重複6.中的實驗內容。
8. 關閉燃氣和空氣閥門，整理試驗現場。
五、資料處理
1. 根據理想氣體狀態方程序(等溫)，將燃氣和空氣的測量流量換算成相同壓力(如0.1mpa)下的流量值。
2. 根據換算流量值計算各種情況下的空氣/燃料比。
3. 以空/燃比為縱座標，輸入燃氣量為橫座標，繪製火焰穩定性曲線(回火線、吹脫線及發煙線)。
表一層流火焰穩定性的測定
燃料：石油液化氣實驗台號室溫當地大氣壓
單位：壓力：kpa 流量：l/h
六、思考題
1. 在怎樣的空燃比下，點火比較容易，為什麼？
2. 確定回火的濃度界限時，應該怎樣調節空氣和燃氣流量？為什麼？
實驗三氣體燃料的射流燃燒、火焰長度及火焰溫度的測定
一、目的
1. 比較射流擴散燃燒與預混合燃燒的異同。
2. 測定射流火焰的溫度分布。
3. 觀察貝克-舒曼(burk-schumann)火焰現象。
4. 測定層流擴散火焰長度與燃料體積流量之間的關係曲線。
二、原理
氣體燃料的射流燃燒是一種常見的燃燒方式，燃料和氧化劑都是氣相的擴散火焰。與預混火焰不同的是：射流擴散火焰燃料和氧化劑不預先混合，而是邊混合邊燃燒（擴散），因而燃燒速度取決於燃料和氧化劑的混合速度，它是擴散控制的燃燒現象。
射流擴散火焰可以由本生燈試驗系統關閉一次空氣而得到，一般說擴散火焰顏色發黃，比預混火焰更明亮，更長。沒有管內回火，燃料較富時易產生炭煙。
縱向受限同軸射流擴散火焰是研究和應用較多的一種火焰。將一根細管放在一粗管（玻璃管）內部，使兩管同心，燃料和氧化劑分別從兩管通過。在管口點燃。
調整燃料和氧化劑流量可以得到貝克-舒曼火焰。
當燃料低速從噴嘴口流出，在管口點燃，可以得到層流擴散火焰。層流擴散火焰長度h與燃氣容積流量qv成正比。本試驗裝置可以驗證這一關係(實驗中用自製的簡易測高儀或直尺測量火焰高度)。
火焰的溫度分布是火焰研究的重要內容。本實驗中用鉑-老鉑熱電偶測定射流火焰的溫度分布，並以數字溫度表顯示。
三、試驗裝置
1. 空氣壓縮機、穩壓筒，射流擴散火焰試驗系統
2. 熱電偶，數字溫度表
3. i號及ii號短噴管，ii號及iii號石英玻璃套管
四、試驗步驟
1. 開啟排風扇，保持室內通風，防止燃氣洩漏造成對人員的危害。
2. 接通數字溫度表進行預熱，預熱時間約半小時。
3. 啟動壓縮空氣幫浦，直至壓氣機停止工作，保證儲氣罐有足夠的空氣量。
4. 按試驗原理系統圖，檢查並連線好各管路，安裝好ii號短噴管(噴口內徑7.32mm)。
5. 開啟空氣(進氣)總閥，按要求設定射流空氣定值器壓力(定值器已預先調整好，勿需學生調整)。開啟液化石油氣開關閥，使燃氣管充滿石油氣，然後開啟燃氣(進氣)總閥。
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