1本生灯法测定燃气法向火焰传播速度测试装置 - 副本 (1)
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。
采用速度匹配法研究本生灯火焰的稳定点位置
（ 京 航 空 航 天 大学 能源 与 动 力 工 程 学 院航 空 发 动 机 国家 重 点 实 验 室 ，北 京 １０ ９ ） 北 ０ １１
摘
要：采用理论预测与实验研究 的方法分析 了本生灯火焰的稳定点位置与气流速度的关系 ，因为火焰稳定点的存
在与否直接决定 了火焰 的存在与否．理论预测采用速度匹配法 ，通过分析本生灯 出口附近冷态流场 中气流速度分布 与火焰传播速度分布 的相对关系 ，并引入壁面淬熄的影响 ，预测出火焰稳定点的空问位置并得到 了经验关系式．实
（ ｔ ｎｌ ｅ ａｏａｏｙｏ ｒ—ｎ ｉｅ，Ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｒｐ ｌｏ ，Ｂ ｉａ ｇ ｉｅｓｙ ｅ ｉｇ１ ０ １ ｈｎ ） Ｎａｏ ａ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｎ ｏＥ ｇｎ ｓ ｃｏ ｌ ｆ ｅ Ｐｏｕｓ ｎ ｅｈｎ ｖｒｉ ，Ｂ ｉｎ ０ ｉ Ａｅ Ｊ ｉ Ｕｎ ｔ ｊ １ ，Ｃ ｉ ９ ａ
验关系式预测 出的火焰稳定点位置与 实验结果 符合 良好 ，精度在 ±２ ％以内 ，表明速度匹配法能够准确预测火焰稳 ０
定点的位置．
关 键 词 ：速 度 匹 配 ；火 焰稳 定 点 ；本 生 灯 ；预 混 层 流燃 烧
中图 分 类号 ：０６ ４ 文 献标 志码 ：Ａ
文 章编 号 ：１０ —７０ ２ １） １ ０ ２０ ０ ６８ ４ （０ ０ — ７ ．６ １ ０
ｏｄｒ ｏｐｅ ｉ ｅｐ ｓ ｉｎｏ ｅａ ｃ ｏｉｇｐ ｉｔ ｈ ｅｏｉ － ｔｈｎ （ ） ｔｏ ｍｐｏ ｅ ，ｂ ｈｃ ｅ ｒｅ ｒｄｃ ｔ ｏ ｉｏ ｆｈ ｎ ｈ ｒ ｏｎ，ｔｅｖ ｌｃｔ ｍａｃｉｇ ＶＭ ｍｅ ｄｉ ｅ ｌｙ ｄ ｙｗ ｉｈｔ ｔ ｔｈ ｔ ｔ ｎ ｙ ｈ ｓ ｈ
火焰传播与火焰稳定
p0 T a a0 p T0
1 .7
a / ul
0 ( p0 / p)
b
（b=1.0～0.75）
压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低 时，可以使δ 增大到几十毫米。火焰越厚，火焰 向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
温度的影响：
ul T
C 0
（C=1.5～2）
温度增加，火焰传播速度增加。
p0 T a a0 p T0
1 .7
T 1 .7
a / ul
因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多， 因此温度对火焰厚度的影响不大。
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
混气性质的影响：
导温系数增加，活化能减少或火焰 温度增加时，火焰传播速度增大。
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
淬熄距离： 当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于 火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰 便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。
W K ( 0 y0 ) n exp( E / RT )及 p / RT
QK ( 0 y 0 ) exp( E / RT ) ul 2 2 0 C p (Tm T0 )
n
1/ 2 ( p 0n 2 ) / 2
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
二、层流火焰的内部结构及其传播机理
层流火焰传播的机理有三种理论： 热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应 区到未燃区域的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩 散是控制层流火焰传播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火 焰传播可能有同等重要的影响
燃烧题库答案
燃烧1．为什么说能源与环境问题和燃烧学密切相关？答：当今世界能源的获取超过86%来自于燃料的燃烧，而燃烧会释放出很多的气体：CO2，NOx，S化物等等。
其中CO2是大气温室气体导致全球变暖；NOx，S化物是有害气体对人类的健康、工业、农业都有害。
2．试写出两个以上燃烧学者的名字：Zeldovich、Spalding、Williams、Robert Bensen3．煤油和氢气的理论空气量各为多少？答：煤油约为15，氢气约为354．某燃料由C、H两种元素组成，则其含H量越高，理论空气量越大。
5．一般燃料的理论燃烧温度(空气)大约为多少？答：2000℃左右6．油/气比？当量比？余气系数？相互关系？ RP-3燃料与空气化学恰当混合时，各自的值？答：油/气比ƒ：在燃烧过程中，参加反应的燃料质量与参加反应的空气质量之比。
当量比Φ：在燃烧过程中，实际的油气比与化学恰当的油气比之间的比值。
余气系数α：在燃烧过程中，实际的空气消耗量与化学恰当时的空气消耗量之比。
两者之间的关系：Φ= ƒ/ƒs（其中ƒs为化学恰当的油气比）、Φα =1RP-3燃料，甲烷：ƒ≈0.05882，汽油/煤油：ƒ≈0.06667，氢气：ƒ≈0.028577．影响燃料的理论燃烧温度的因素有哪些？答：燃料的种类、当量比、压力8．不考虑离解时所计算的燃烧温度比理论燃烧温度高低？相差？答：离解时温度低，约100℃9．定压燃烧与定容燃烧的理论燃烧温度谁高？大约相差多少？答：定容理。
大约相差600℃10．一般碳氢燃料化学恰当比下定容燃烧所造成的压力上升大约为？大约上升10atm 11．用空气和纯氧作助燃剂的燃烧温度谁高？相差？答：用纯氧高。
相差3500℃12．理论上，当量比1时，燃料绝热火焰温度Tf达到最大值。
实际上出现在当量比1.1 时。
13．热力学第二定律对分析燃烧反应帮助？可根据熵增原理判断燃烧反应是否化学平衡。
14．燃烧热力学和化学动力学各关心什么问题？答：燃烧热力学：确定化学反应的热效率；分析化学平衡条件以及平衡时系统的状态。
第四章 燃气燃烧的火焰传播火焰的传播方式法向火焰传播速度的测
静力法
让可燃混合气体在管子里点燃。根据从 一端燃烧到另一端的长度及时间，可以计 算出燃烧速度。这种测量方法叫静力法。
❖ (一)管子法
静力法中最直观的方法是常用的管子法，所用仪 器如图所示
❖ 管中充满可燃混合物，一端封闭，另一端与装有惰 性气体的容器4相连。
❖ 测定Sn时，打开阀门2，并用火花点火器3点燃混合 物。
混合气体爆炸
❖ 可燃气体或蒸汽与空气按一定比例均匀 混合，而后点燃，因为气体扩散过程在燃烧 以前已经完成，燃烧速率将只取决于化学反 应速率。
爆燃
❖ 可燃气体与空气的混合物由火源点燃， 火焰立即从火源处以不断扩大的同心球的形 式自动扩展到混合物存在的全部空间，这种 以热传导方式自动在空间传播的燃烧现象称 为爆燃。
表4-1 燃气与空气混合物的最大燃烧速度
(二)皂泡法
❖ 将可燃混合气注入皂泡中，再点燃中心部分的 混合气，不同时间间隔出现半径不同的球状焰。 用光学方法测量皂泡起始半径R0和膨胀后的半径 RB，以及相应焰面之间的时间间隔，即可计算得 火焰传播速度。
（4－15）
(三)球形炸弹法
❖ 球弹中可燃混合气点燃后火焰扩散时其内部压力 逐步升高。根据记录的压力变化和球状焰面的尺寸， 可算得火焰传播速度。
第四章 燃气燃烧的火焰传播
火焰的传播方式 法向火焰传播速度的测定 法向火焰传播速度的影响因素 火焰传播浓度极限概念和影响因素 紊流火焰的传播特点
火焰的传播的概念
❖ 焰面不断向未燃气体方向移动，使每层气体都相继 经历加热、着火和燃烧的过程，从而把燃烧扩展到 整个混合气体中去，这种现象称为火焰的传播。
（2）激光测速法
激光测速的基本原理是利用光学多普勒效应， 当一束激光照射到流体中跟随一起运动的微粒上时， 激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率和入射 光的频率相比较，就会产生一个与微粒运动速度成 正比的频率偏移。如果测得频率偏移，就可换算成 速度。因为微粒速度与流体速度相同，所以即可得 到流场中某一测点的流速。
本生灯法测定燃气法向火焰传播速度测试装置说课讲解
本生灯法测定燃气法向火焰传播速度测试装置仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2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0sin s u u α=⨯式中：u s －混合气的流速（cm/s ）；α－火焰锥角之半。
或 022318vu r r h=+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 ）。
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0u 的计算式。
在我们的实验中，可燃混合气体的体积流量v q 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。
约为0.8、0.9、2、由以上空气流量，可粗略地估算出一次空气系数11.0、1.1、1.2时的燃气流量。
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。
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用本生灯法测定60.1%甲烷—39.9%二氧化碳混合气体的
火焰法向传播速度实验
一、实验目的
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。
测定可燃气的层流火焰传播速度。
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
图一 火焰传播速度测试原理
0sin s u u α=⨯
式中：u s －混合气的流速（cm/s ）；
α－火焰锥角之半。
或 022v
q u r r h
=+
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 ）。
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的计算式。
在我们的实验中，可燃混合气体的体积流量
q是用湿式流量计分
v
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、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稳定，并由湿式流量计读出空
气流量。
2、开启燃气阀，并持续进行点火，点燃燃气。
3、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）。
u值。
4、记录室温，计算出
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u s，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、需要测量的数据以及需要换算的数据表
以下为实验者需要测量和观测的数据
喷管口半径：0.40cm 室温：22 ℃当地大气压：101 kPa
七、结论
通过本生灯法系统的了解了本生灯等原理，知道了火焰传播的的形式。
并且得知了混合气体流量、空气流量与火焰传播速度的关系。
实验注意事项：
实验者在控制空气阀和可燃气体阀时，刚开始应该关闭空气阀把可燃气体阀调小流量通到本升灯内，此时同时用点火装置进行点燃可燃气体，要一直点燃该可燃气体以防止可燃气体发生与空气预混爆炸现象。
然后慢慢调节空气阀和可燃气体阀使本升灯预混的混合气体发生完全燃烧（即呈现完全的蓝色火焰并且火焰面三角形清晰可见）.此时才可读数。
即流量以及火焰高度等。