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本生灯法测定火焰法向传播速度实验指导书


一、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。
二、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1),即
                         
式中:us-混合气的流速(cm/s);
α-火焰锥角之半。
或                   
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)。
上式是使用本生灯火焰高度法测定可燃混合气体的层流火焰传播速度的计算式。在我们的实验中,可燃混合气体的体积流量是用湿式流量计分别测定燃气与空气的体积流量而得到的,内锥焰面底部圆的半径r可取本生灯喷口半径;内焰锥高度h可由测高尺测量。
 
三、实验设备结构
   实验台由本生灯、旋涡气泵、湿式气体流量计、U型管压差计、测高尺等组成。旋涡气泵产生的空气通过泻流阀、稳压罐、湿式气体流量计、调压阀后进入本生灯,燃气经减压器、湿式气体流量计、防回火器、调压阀后进入本生灯与空气预混合,点燃后通过测量内焰锥高度计算火焰的传播速度。
四、实验步骤
1、启动旋涡气泵,调节风量使本生灯出口流速约为0.6m/s,并由湿式流量计读出空气流量。
2、由以上空气流量,可粗略地估算出一次空气系数约为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2时的燃气流量。
3、开启燃气阀,调整燃气流量分别为上述5个 计算值的近似值(流量值由流量计读出)。
4、缓慢调节空气和燃气流量,当火焰稳定后,分别由湿式流量计测出燃气与空气的体积流量;由测尺测出火焰内锥高度(从火焰底部,即喷口出口断面处到火焰顶部间的距离)。为减少测量误差,对每种情况最好测三次,然后取平均值。
5、记录室温,计算出值。
6、环境温度的检测仪器与大气压力检测的仪器由用户自备。
五、数据处理
1. 根据理想气体状态方程式(等温),将燃气和空气测量流量换算成(当地大气压下)喷管内的流量值,然后计算出混合气的总流量,求出可燃混合气在管内的流速us,并求出燃气在混合气中的百分数。
2.计算出火焰传播速度u0,将有关数据填入表内。
六、思考题
1.液化石油气的最大火焰传播速度是多少?对应的燃气百分数是多少?误差如何?
2. 应选定Bensun火焰的哪个面为火焰前沿面?为什么?

喷管口半径:    cm 室温:    ℃  当地大气压:      kPa
                  
序号 燃气测量值 空气测量值 折算流量 总流量qv(L/s) 燃气
体积
百分数
气流出口速度us
(cm/s)
火焰传播速度u0
(cm/s)
火焰高度
(cm)
 
 
压力 流量 压力 流量 燃气 空气  
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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