层流预混火焰稳定浓度界限测定.doc

层流预混火焰浓度稳定界限的测定 实验成员：徐俊卿 郑仁春 韩超 一、实验的理论基础 现代工业要求尽可能高效地利用燃料，这就要求在稳定燃烧条件下，使燃料与空气以适当的比例混合燃烧。因此对燃料燃烧特性及流体力学和热力学方面需要有详细了解。 预混可燃气燃烧时，如果预混气体的速度在火焰锋面上的法向分量大于火焰传播速度，火焰将向下游移动，最后完全熄灭，称为吹脱或吹熄。反之，如果预混气的法向速度小于火焰传播速度，火焰将逆流向上游移动，进入燃烧器内部，即出现回火现象。 在燃烧过程中，出现回火和熄灭都是不允许的。回火会引起爆炸。熄灭使动力机械停止工作，并向周围扩散有毒气体，有中毒和爆炸的危险。 回火现象只能出现在预混燃烧过程中。在扩散燃烧中，燃料和空气是分别送入燃烧室的，在燃烧器内两者并不接触，因此没有回火现象。熄灭或吹脱现象在预混燃烧和扩散燃烧中均有可能出现。 回火 煤气 8 吹脱 甲烷 4 回火 黄尖 2 10 20 30 40 VF（l/min） 图1-1 甲烷/空气 煤气/空气 稳定曲线 要维持正常的稳定燃烧，就需要避免出现回火或熄灭现象，因而要求知道燃料的稳定燃烧范围。这一稳定界限与燃料/空气比和环境的温度和压力有关。图1—1是甲烷/空气煤气/空气在常温常压下预混燃烧的火焰稳定范围。图中下部是富油燃烧区，稳定范围宽，不易回火和吹脱。但火眼呈黄色，发光。下面一根曲线为火焰尖顶出现黄色的界限。图中上方为火焰吹脱熄灭界限。当预混气处于该曲线上方时，火焰被吹脱。 左边回火界限呈斜山立形，预混气的状态处于山丘内时出现回火现象。回火界限与预混气的空气气/燃气比有关。当空气/燃气比接近化学计量值时，火焰传播速度快，稳定范围小，容易出现回火。但这时燃烧效率最高。 二、实验原理 本实验用一套预混火焰装置（本生灯）进行实验，既可以定性观察预混火焰的各种现象，又可以定量地测定火焰浓度稳定的界限，火焰传播速度等各种燃烧特性。 本生灯火焰 流量计 循环水系统 气源 气源 减压器 阀门 ～220V 煤气 煤气 丁烷 混合块 恒温水浴 图1-2实验系统图示意图 图1—2为实验装置系统图，小型压气机供给压缩空气，通过一个稳压减压阀保持气压稳定。流量由浮子流量计读数。燃料可用丁烷气、城市煤气或石油液化气等。由浮子流量计控制燃料流量。空气和燃料分别送入混合块进行混合。为保证燃料空气充分混合，并保持实验过程中预混气温度恒定。燃烧嘴头部加冷却水套，避免燃烧嘴温度上升。 扩散火焰 扩散火焰 预混火焰 图1-3 Smithells火焰 三、实验设备与燃料 小型空气压缩机 预混火焰装置 混合管两套 点火器 石油液化气或丁烷 四、实验数据及实验处理 燃料流量(ml/min) 空气流量（L/h） 黄尖 A/F 回火1 A/F 回火2 A/F 吹脱 A/F 38 75 32.90 85 37.28 155 67.99 185 81.14 48 90 31.25 125 43.40 175 60.76 215 74.65 56 100 29.76 135 40.18 180 53.57 230 68.45 64 115 29.95 150 39.06 180 46.88 240 62.50 72 125 28.94 160 37.04 190 43.98 255 59.03 80 140