Transcript 层流火焰传递速度测定

层流火焰传递速度测定
层流火焰传递速度测定
火焰传播速度：指火焰前锋沿其法线方向相对
于未燃可燃混合气的推进速度。火焰传播速度表征
了进行燃烧过程的火焰前锋在空间的移动速度，是
研究火焰稳定性的重要数据之一。其值高低取决于
可燃混合气本身的性质、压力、温度、过量空气系
数、可燃混合气流动状况(层流或湍流)以及周围散
热条件等。当压力和温度升高、过量空气系数接近
于1，或流动状况为湍流时，都有助于提高火焰传播
速度。火焰传播速度实质上表示了单位时间内在火
焰前锋单位面积上所烧掉的可燃混合气数量。为了
提高燃烧设备的燃烧热强度(以减小燃烧设备的尺
寸)，必须尽可能提高火焰传播速度。
某些碳氢燃料与空气形成的混合气在层流状
态下的火焰传播速度：
燃料品种
氢
乙炔
甲烷
乙烯
丙烯
苯
可达到的最高火焰传播速度，cm／s
315
170
33.8
68.3
43.8
40.7
试验目的
用本生灯法在不同一次空气系数下测量
天然气空气混和物的层流火焰传播速度值。
空气系数



在我国及前苏联等国，通过的可燃混合器
成分指标是过量空气系数，常用符号α表
示。
α=燃烧1kg 燃料所实际供给的空气质量/
完全燃烧1kg 燃料所需的理论空气质量
α＞１,空气过剩；α<1，燃烧不充分。
本生灯
德国化学家R.W.本生为装备海德堡
大学化学实验室而发明的用煤气为燃料
的加热器具。在本生灯发明前，所用煤
气灯的火焰很明亮，但温度不高，是因
煤气燃烧不完全造成的。本生将其改进
为先让煤气和空气在灯内充分混合，从
而使煤气燃烧完全，得到无光高温火焰。
火焰分三层：内层为水蒸气、一氧化碳、
氢、二氧化碳和氮、氧的混合物，温度
约300℃，称为焰心。中层内煤气开始燃
烧，但燃烧不完全，火焰呈淡蓝色，温
度约500℃，称还原焰。外层煤气燃烧完
全，火焰呈淡紫色，温度可达800～
900℃，称为氧化焰，此处的温度最高，
故加热时应充分利用氧化焰部分。
试验原理

当供给本生灯的燃气混合物处于火焰传播
界限范围内（天然气在可燃混合气体中的
体积分数为5%-15%）已经层流运动工况时，
在本生灯管口可获得一稳定的锥状火焰面，
在α<1时火焰有一清洗的内锥面和外焰，
α>=1时外焰消失只有内锥面焰面存在。内
焰面任意位置都满足未海尔松余弦定理。
静止气流中火焰传播速度

一根玻璃管内充满燃气空气混合气体，一
端点燃，形成一个焰面，此焰面从一端传
播到另一端。
S
Sn
距离L 时间t
火焰传播速度：S=L/t
垂直于焰面的法向速度：Sn=S*Ad/As
Ad：玻璃管截面积
As：火焰前沿面面积
火焰高度法测火焰传播速度





Sn=Wn=w·Cosθ=w·dA1/dS
Wn：喷嘴出口速度；
w：流经微元火焰面ds的可燃混气流速。
dS：锥状内火焰面上任意微元面面积。
dA1：微元火焰面在喷口断面上的投影。
w
Sn
我们认为火焰面上各处Sn都相同，流速w
在断口面上也均匀分布，则经积分运算得：
Sn=V/A
V——可燃混和气体体积流量。
A——锥面内焰面总表面积。
由几何运算求的锥面面积的：
Sn=318V/（r*SQRT（r2+h2）)
318——常数，阻尼系数。
r，h——内焰锥面低圆半径和高度。
转子流量计
天然气
湿式流量计
混合气
本生灯
风机
调节阀 湿式流量计
稳压箱
垂高仪
实验步骤与结果记录
1.
2.
3.
4.
5.
6.
启动风机，调节风量，使本生灯出口流量约为
0.6m/s。并读出空气流量。
由以上空气流量粗略估算出空气系数为0.8、0.9、
1.0、1.1、1.2的天然气流量。
开启天然气阀，按上述5种情况调整天然气流量。
待每一工况稳定后，有湿式流量计计测出天燃气、
空气的体积流量（空气5升，天然气1升的时间），
由垂高仪测出火焰内锥高度。
记录室温，计算Sn。
结果记录，P67。