中南大学本生灯法测量火焰传播速度实验指导书
中南大学本生灯法测量火焰传播速度实验指导书
R Q Y Y-3本生灯法测量火焰传播速度实验指导书中南大学能源科学与工程学院二0一一年四月本生灯法测量火焰传播速度实验指导书一、实验目的1．了解本生灯的工作原理和结构构成，观察火焰结构，巩固火焰传播速度的概念。
2. 测定液化石油气的层流火焰传播速度，掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和方法。
3．测定不同燃料百分数下火焰传播速度，掌握不同油气比对火焰传播速度的影响，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0sin s u u α=⨯式中：u s －混合气的流速（cm/s ）；α－火焰锥角的一半。
或 2201000hr r q u v+=π cm/s式中：q v －混合气的体积流量（L/s ）； h －火焰内锥高度（cm ）； r －喷口半径（cm ）10—单位换算系数u的计算式。
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q是用浮子流量计分别测定燃气与空气的单位体在我们的实验中，可燃混合气体的流量v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、实验内容利用火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测预混火焰的回火和脱火等现象。
利用本生灯火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测本生灯火焰的内、外火焰锋面。
按照生灯法测量火焰传播速度的原理和方法，测定不同空气消耗系数时的火焰传播速度，从而绘制得到火焰传播速度与空气消耗系数的关系曲线。
四、实验设备结构实验台由本生灯、旋涡气泵、浮子气体流量计、测高尺等组成。
火焰传播速度
层流火焰速度的表达式
Sl u0
Cr
ki pi Di,0
火焰传播界限
• 可燃气体混合物中的可燃物含量过浓或过稀即使 在容器的一处着火后，其火焰仍不能传播到整个 容器，因而对于每种可燃气体混合物来讲，都有 火焰传播的浓度界限。
• 可燃物在混合物中的浓度低于某值而使正常速 度为零的浓度值称为下限，而高于某值而使正常 速度为零的浓度值称为上限。
几种气体在与空气混合时的火焰传播浓 度极限（在0.1MPa，20℃时)
• 提高可燃物初始温度T0可以大大促进化学 反应速度，因而增大Sl值。
Sl eE 2RTr
Sl T0m
火焰温度的影响
• 图表示几种混合物的最大火焰速度与火焰 温度的关系。Tr对Sl的影响显然是很强的。 可以说Sl要取决于Tr。
压力的影响
• 增加压力一般都能提高燃烧强度，缩小 燃烧设备的体积；另外一些高空飞行器 的燃烧室又都在低压下工作。
X p i Bi
Sl 17
Cr ( kH pH DH ,0 kOH pOH DOH ,0 )
Xp
BH
BOH
上述中17这一常数表明存在着一个与自由基浓度无关，仅与 火焰有关的速度
层流火焰问题的数值求解方法
• 虽然前面已经提供了几种层流火焰的近似和精确 求解方法，然而，真正能够用解析方法研究的火 焰现象仍然是很少的。
up SL u0 0
TB
数学模型
实验二-层流火焰传播速度的测定实验
实验二-层流火焰传播速度的测定实验实验二层流火焰传播速度的测定实验一、预备知识1、火焰传播和化学反应燃烧发生了一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。
例如，CH4被连续地转化成CH3，CH2，CH。
最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO2和H2O。
总热量的一大部分释放都是发生在第二阶段。
这个次序使燃烧具有自持性，且只能够发生在高温下（如1500K以上）。
因为只有在高温下，才能是自由基产生的速率比消耗的速率快，而这对燃料完全变形以及中间产物的氧化是有必要的。
当点燃预混燃料时，局部温度将提高到一个非常高的值，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。
通过热传导把热量引导到了未燃的相邻区域，相邻区域的温度以及反应率都提高了，因此燃烧就在那里发生了。
我们知道，热量的扩散是火焰传播的原因，燃烧波传播的速度取决于燃烧后的温度以及未燃混合物的热扩散性。
为了把高温区域的自由基传递到与之接触的低温的未燃混合物中，质量扩散也是很重要的；通常质量和热扩散率是相同的。
在本实验中，未燃混合物的压力和温度与环境大气一致。
火焰传播速度只依赖于混合物中的燃料/氧化剂的数量，它们反过来又控制着火焰的温度。
贫油(Φ<1)和富油(Φ>1)的火焰温度比化学恰当比(Φ=1)时更低因为偏离化学恰当比时多余的物质吸收了由可燃燃料燃烧所产生的热量。
实际上，温度最大值出现在当量比比1稍大一些的地方，因为产物的比热容比化学恰当比时稍低。
如果混合物过贫，燃气温度将太低，而不能产生大量的自由基，因此火焰传播变得不可能。
如果混合物过富，大量的燃料将吸收自由基，因此使燃烧第二阶段不能进行。
因此，火焰传播只在某个当量比范围内才有可能，这被称为可燃极限。
火焰的传导实验
火焰的传导实验火焰的传导实验是一种通过观察火焰在不同材料上的传导情况来研究热传导的实验方法。
本实验旨在探究不同材料对火焰传导的影响，以加深对热传导的认识。
下面将介绍实验所需材料、实验步骤及观察结果。
实验材料：1. 蜡烛或火柴2. 不同材料的样本，如铁棒、木棒、塑料棒等3. 称量器4. 计时器5. 温度计（可选）实验步骤：步骤一：准备工作1. 点燃蜡烛或火柴，保持火焰稳定。
2. 准备不同材料的样本，如铁棒、木棒、塑料棒等，并确保它们的长度一致。
步骤二：实验进行1. 将一个材料样本的一端暴露在火焰上方约1厘米的位置，并开始计时。
2. 观察火焰在材料上向外传导的情况，记录下火焰传导到材料另一端所经过的时间。
3. 使用称量器测量材料另一端的温度（可选），并记录下温度值。
步骤三：重复实验1. 重复步骤二，使用其他材料样本进行实验，记录传导时间和温度值（如测量）。
2. 每种材料实验至少重复三次，以获得更准确的结果。
实验结果：根据实验步骤中记录的数据，我们可以得出如下观察结果：1. 传导时间：不同材料对火焰传导的速度不同。
某些材料可能导热较快，火焰在短时间内就能传导到另一端；而其他材料可能导热较慢，火焰传导时间较长。
2. 温度变化：通过测量材料另一端的温度，我们可以观察到火焰传导的热量对材料的影响。
某些材料可能会迅速升高温度，而其他材料可能升温较慢。
3. 材料特性：不同材料对火焰传导的效果受其热导率和热容量的影响。
高热导率的材料能更快地传导火焰，而高热容量则能使材料较长时间内保持较高温度。
通过这些观察结果，我们可以进一步了解不同材料的热传导性质，为研究热传导提供实验证据。
此外，我们还可以在实验过程中学习并掌握实验操作的技能，提高实验设计和数据分析的能力。
总结：火焰的传导实验通过观察火焰在不同材料上的传导情况，可以增进我们对热传导的理解。
通过比较不同材料的传导时间和温度变化，我们可以了解不同材料的热传导性质。
这对于工程领域的热学研究以及材料选择具有重要意义。
本生灯下气体燃料层流火焰传播速度的精确测量方法[发明专利]
![本生灯下气体燃料层流火焰传播速度的精确测量方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0b537457793e0912a21614791711cc7931b778fc.png)
(10)申请公布号 CN 102253234 A(43)申请公布日 2011.11.23C N 102253234 A*CN102253234A*(21)申请号 201110148721.3(22)申请日 2011.06.03G01P 3/38(2006.01)(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人孙锐 于欣 杨晓川 彭江波刘辉 陈德应 孙军 伊亚超王春红(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109代理人张宏威(54)发明名称本生灯下气体燃料层流火焰传播速度的精确测量方法(57)摘要本生灯下气体燃料层流火焰传播速度的精确测量方法，涉及一种层流火焰传播速度的精确测量方法。
它提高了现有的本生灯法锥形法计算模型计算精度。
它将采用二维粒子成像速度仪获得管口上方火焰区域的流场图像，对图像进行处理后得到垂直管口轴向截面内流场速度图；同时采用CCD 成像仪对本生灯火焰进行图像采集，对图像进行亮度分析、边缘提取后进行曲线拟合，获得拟合后的火焰锋面；将流场速度图与锋面曲线进行位置匹配，采用插值法计算得出锋面曲线上线性度好的区段上各点的气流速度U n ；再根据余弦定律计算各点的火焰传播速度，求取平均值，得到本生灯的局部层流火焰传播速度。
本发明适用于气体燃料燃烧过程中本生灯层流火焰传播速度的精确测量。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页1.本生灯下气体燃料层流火焰传播速度的精确测量方法，其特征是：它由以下步骤实现：步骤一、将示踪粒子引入混气罐内与气体燃料充分混合，形成混合气流；步骤二、将步骤一所述混合气流通入本生灯燃烧器，在燃烧器出口点燃，形成本生灯火焰；步骤三、采用二维粒子成像速度仪获得管口上方火焰区域的流场图像；步骤四、对步骤三获得的流场图像进行处理，获得垂直管口轴向截面内流场速度图；步骤五、采用CCD成像仪对本生灯火焰进行图像采集，获得本生灯火焰图像；步骤六、对步骤五获得的本生灯火焰图像进行亮度分析、边缘提取后进行曲线拟合，获得拟合后的曲线；步骤七、将步骤四获得的流场速度图与步骤六获得的拟合后的曲线进行位置匹配，并采用插值法计算出步骤六获得的曲线上线性度好的区段上各点气流速度Un；n表示曲线上线性度好的区段上点的序号；所述n为正整数；曲线上线性度好的区段为：对火焰锋面进行线性拟合后与拟合曲线相对标准方差在±1％以内的区段；步骤八、根据公式Sn ＝Un·cosθn获得步骤七所述各点的火焰传播速度Sn，取与各点的火焰传播速度Sn的平均值在相对标准方差为±0.5％～±2％之内的点，然后再求取各点的火焰传播速度Sn 的平均值，得到本生灯层流火焰传播速度S1；式中，θn 为火焰锋面上第n个点的气流速度Un与该点火焰锋面法线的夹角。
燃烧学实验报告
8.关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。
5.实验数据记录
序号
黄尖
预混火焰
回火
吹脱
燃气
空气
燃气
空气
燃气
空气
燃气
空气
流量(L/h)
流量(L/h)
流量(L/h)
流量(L/h)
1
13.2
30
24ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
140
9
30
9
50
2
18
60
19.2
8.关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。
5.数据记录与处理
火焰形式
丙烷流量
空气流量
扩散火焰
400ml/min
10L/h
预混火焰（黄尖）
400ml/min
40L/h
纯预混火焰
400ml/min
100L/h
6.实验结果
在丙烷流量不变的条件下，空气流量的变化会使火焰形式发生改变。
实验二本生灯法层流火焰传播速度的测定
4.实验步骤
1.开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害。
2.起动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。
3.打开空气(进气)总阀，按要求设定预混空气定值器压力(定值器已预先调整好，勿需学生调整)。
4.开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气)总阀。
100
9
20
12
100
3
24
100
13.2
50
22.8
200
4
30
150
化学火焰传递实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解火焰传递的基本原理和过程。
2. 掌握火焰传递实验的操作方法。
3. 分析火焰传递过程中各因素的影响。
4. 验证质量守恒定律在火焰传递实验中的适用性。
二、实验原理火焰传递实验是研究火焰在燃烧过程中传递能量的现象。
实验过程中，将燃料燃烧产生的热量传递给其他物质，使其温度升高或发生燃烧。
根据质量守恒定律，反应前后物质的总质量保持不变。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：蜡烛、酒精灯、酒精、澄清石灰水、玻璃棒、镊子、烧杯、水、硫磺、磷、铁丝等。
2. 实验仪器：酒精灯、酒精灯架、石棉网、烧杯、玻璃棒、量筒、温度计、秒表、天平等。
四、实验步骤1. 点燃蜡烛，观察火焰颜色、形状、温度等特征。
2. 将烧杯置于酒精灯火焰上方，观察烧杯内壁温度变化，记录数据。
3. 将蜡烛火焰吹灭，用玻璃棒蘸取少量酒精，将酒精滴在烧杯内壁，观察酒精燃烧现象。
4. 将烧杯置于酒精灯火焰上方，用玻璃棒蘸取少量澄清石灰水，将澄清石灰水滴在烧杯内壁，观察石灰水的变化。
5. 分别将硫磺、磷、铁丝等物质置于酒精灯火焰上方，观察其燃烧现象，并记录实验数据。
6. 重复以上实验，分析不同因素对火焰传递的影响。
五、实验现象1. 蜡烛燃烧时，火焰分为外焰、内焰和焰心，外焰温度最高。
2. 烧杯置于酒精灯火焰上方，烧杯内壁温度逐渐升高。
3. 酒精滴在烧杯内壁，酒精燃烧，火焰颜色与蜡烛火焰相似。
4. 澄清石灰水滴在烧杯内壁，石灰水变浑浊，说明生成了二氧化碳。
5. 硫磺、磷、铁丝等物质置于酒精灯火焰上方，分别发生燃烧现象，并产生不同的气体。
六、实验数据分析1. 通过实验数据，分析火焰传递过程中温度变化、燃烧现象等因素的影响。
2. 比较不同物质在火焰传递实验中的燃烧现象，分析其燃烧原理。
3. 验证质量守恒定律在火焰传递实验中的适用性。
七、实验结论1. 火焰传递实验验证了质量守恒定律在燃烧过程中的适用性。
2. 火焰传递过程中，温度越高，物质燃烧越剧烈。
实验二、 本生灯之使用法一、实验目的瞭解本生灯灯焰的温度分布,ppt实用资料
3.0 分
3.5 分
4.0 分
4.5 分
5.0 分
在鐵架與本生燈燈口對齊位置用粉筆畫一刻度，
徐徐攪拌燒杯內的水。 3
徐徐攪拌燒杯內的水。
一刻度，作為鐵環固定位置。
以量筒取100mL冷水倒入5燒杯，插入溫度計量測
在鐵架與本生燈燈口對齊位置用粉筆畫一刻度，
以水溫為縱座標，時間為橫座標在方格紙上作圖。
生瞭燈解置 本鐵生環燈下燈加焰熱的之溫，度同分7時佈開，始找計得時最，理並想以的溫加計熱區域。
11 cm
以水溫為縱座標，時間為橫座標在方格紙上作圖。
120
100
80
3 cm
6 0 溫 度 T(oC )
9 cm 7 cm
40
5 cm
20
0
0
2
46Biblioteka 時 間 t(m in )燈口與鐵環不同距離其加熱時間對溫度變化之圖形
(100 mL)，直尺。
13
15
1.將所得數據，以水溫為縱座標，時間為橫座標在方 格紙上作加熱曲線圖(或由Excell作圖)，並求各加熱曲 線的斜率。
實驗結果
0 0. 1. 1. 2.0 2. 3. 3. 4. 4. 5. 加熱速
時 分5 0 5 分5 0 5 0 5 0 率
距
間
分分分
分 分 分 分 分 分 =ΔT/Δt
離
100mL水之溫度（℃）
3 cm
33 38 45 56 57 63 68 74 80 85 11.53
1
5 cm
38 46 54 61 69 76 82 87 92 96 11.80
7 cm
37 43 52 59 65 72 78 85 90 95 13.42
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RQYY- 3
本生灯法测量火焰传播速度
实验指导书
中南大学能源科学与工程学院
二0 一一年四月
本生灯法测量火焰传播速度
实验指导书
一、实验目的
1．了解本生灯的工作原理和结构构成，观察火焰结构，巩固火焰传播速度的概念。
2. 测定液化石油气的层流火焰传播速度，掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和
方法。
3．测定不同燃料百分数下火焰传播速度，掌握不同油气比对火焰传播速度的影响，
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
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
u 0 u s sin
式中： u s －混合气的流速（ cm/s ）；
α－
u
1000
q v
r r
2
h
2
cm/s
式中： q v －混合气的体积流量（ L/s ）；
h －火焰内锥高度
（ cm ）； r －喷口半径（ cm ）
u 0 的计算式。
在我们的实验中，可燃混合气体的流量 q v 是用浮子流量计分别测定燃气与空气的单位体 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、实验内容 利用火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测预混火焰的回火和
脱火等现象。
利 用本生灯火焰试验系统，调节预混空气调节阀，观测本生灯火焰的内、外火焰锋面。
按 照生灯法测量火焰传播速度的原理和方法，测定不同空气消耗系数时的火焰传播速度， 从而绘制得到火焰传播速度与空气消耗系数的关系曲线。
四、实验设备结构
实验台由本生灯、旋涡气泵、浮子气体流量计、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、浮 子气体流量计、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。
如图 2 所示。
五、实验步骤
3
0.56 m 3/h ，表压为 0.35 kPa 。
3、使用点火枪在本生灯管口点燃预混气体。
由以上燃气流量，粗略估算出一次空
1、启动旋涡气泵，调节风量使空气流量约为
气系数n 约为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2时的空气流量（可取0.6、0.56、0.52、
0.48、0.44 m3/h）。
4、缓慢调节空气流量，使空气消耗系数1=1。
当火焰稳定后，观察火焰外形、颜
色，记录燃气与空气的体积流量和压力，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内锥顶部间的距离）。
为减少测量误差，对每种情况最好测三次，然后取平均值。
5、选择n 为0.8、0.9、1.1、1.2 时的空气流量进行相同的实验操作。
6、记录室温和当前大气压力。
7、关闭甲烷和压缩空气阀门。
8、实验结束。
六、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（为20℃，101325Pa 时的值）换算成实验条件下喷管内的流量值，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u s，并求出空气消耗系数。
2．计算出火焰传播速度u0，将有关数据填入表内。
七、实验报告要求
1、填入记录数据并计算
喷管口半径：cm 室温：℃ 当地大气压：kPa
2、思考题
（1）为什么用本生灯装置可用来测量层流燃烧速度？
（2）应选定Bensun 火焰的哪个面为火焰前沿面？为什么？
（3）数据整理后，画出层流火焰传播速度随空气消耗系数变化的u0～n 曲线图。
3、数据误差分析并加以说明。
附录
不同浓度下的甲烷层流火焰传播速度实验值（参考）
液化石油气知识（来源于网上）
液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。
催化裂解气的主要成份如下（%）：氢气5～6、甲烷10、乙烷3～5、乙烯3、丙烷16～20、丙烯6～11、丁烷42～46、丁烯5～6，含5 个碳原子以上的烃类5～12。
这些碳氢化合物都容易液化，将它们压缩到只占原体积的1/250 ～l/33 ，贮存于耐高压的钢罐中，使用时拧开液化气罐的阀门，可燃性的碳氢化合物气体就会通过管道进入燃烧器。
点燃后形成淡蓝色火焰，燃烧过程中产生大量热（发热值约为92100kJ/m3 ～121400kJ/m3 ）。
并可根据需要，调整火力，使用起来既方便又卫生。
液化石油气虽然使用方便，但也有不安全的隐患。
万一管道漏气或阀门未关严，液化石油气向室内扩散，当含量达到爆炸极限（1.7%～10%）时，遇到火星或电火花就会发生爆炸。
为了提醒人们及时发现液化气是否泄漏，加工厂常向液化气中混入少量有恶臭味的硫醇或硫醚类化合物。
一旦有液化气泄漏，立即闻到这种气味。
而采取应急措施。
取实验用液化石油气成份为：
H2 5；CH4 10；C2H6 4；C2H4 3；C3H8 20；C3H6 7；C4H10 45；C4H8 6 据此计算理论空气需要量
L0=4.76[1/2H2+2CH4+3.5C2H6+3C2H4+5C3H8+4.5C3H6+6.5C4H10+6C4H8] ×10-2
=4.76[2.5+20+14+9+100+31.5+292.5+36]/100
33
=24.06 m3/m3。