燃燒學試驗指導書

目錄

試驗原理系統圖、試驗儀器儀表型號規格及燃料物理化學性質...........2

試驗一Bensun火焰及Smithell法火焰分離..............................3

試驗二預混火焰穩定濃度界線測定..................................4

試驗三氣體燃料的射流燃燒、火焰長度及火焰溫度的測定..............6

試驗四靜壓法氣體燃料火焰傳播速度測定............................8

試驗五本生燈法層流火焰傳播速度的測定............................II

試驗六水煤漿滴的燃燒試驗........................................13

燃燒噴管及石英玻璃管闡明

燃燒噴管共4根，分別標識為：

I號長噴管一細日勺長噴管（噴口內徑7.18mm）

II號長噴管一粗的長噴管（相配的冷卻器出口直徑10.0mm）

I號短噴管一細的短噴管（噴口內徑5.10mm）

II號短噴管一粗H勺短噴管（噴口內徑7.32mm）

石英玻璃套管共3個，分別標識為:

I號玻璃管一最細的石英玻璃管（本生燈火焰內外錐分離用）

II號玻璃管一中間直徑H勺石英玻璃管（觀測Burk-Schumann火焰現象及測定射流

火焰長度用）

HI號玻璃管一最粗日勺石英玻璃管（測定射流火焰溫度用）

燃燒學試驗注意事項

1.試驗臺上的玻璃管須輕拿輕放，用完后橫放在試驗臺里側，以防墜落。

2.燃燒火焰時溫度很高，切勿用手或身體接觸火焰及有關器件。

3.燃燒完后的噴嘴口、水平石英管的溫度仍很高，勿碰觸，以防燙傷。

4.在更換燃燒管時，手應握在下端，盡量遠離噴嘴口。

燃氣的物理化學性質

理論空氣量

重要成相對分子質液態密度沸點

燃料kmol/k

分量(kg/L)(℃)kg/kg

g

液化石油氣

C3H8440.54-42.115.80.541

(LPG)

自燃溫度閃點燃料低熱值汽化潛熱混合氣熱值辛烷值

(℃)(℃)(MJ/kg)(kJ/kg)(kJ/m3)RONMON

504-73.346.39426349096-11189-96

試驗一Bcnsun火焰及Smilhcll法火焰分離

一、目的I：

1.觀測Bcnsun火焰的圓頂效應、壁面淬熄效應及火

焰外凸效應；燃料濃度對火焰顏色的影響；氣流速度

對火焰形狀的影響等多種火焰現象。

2.理解本生燈火焰內外徘分離的原理和措施。

二、原理圖1Bensun火焰

及Smithell火焰分離現象

預混合燃燒即動力燃燒，其機理是燃氣與燃燒所需H勺部分空氣進行預先混

合，燃燒過程在動力區進行，形成的火焰稱之為Bensun火焰。當燃料和空氣流量

調整到化學當量比時，本試驗臺上即能出現穩定區JBensun火焰，其內錐為藍綠色

的預混火焰（內錐表面呈白色），外錐為淡黃色的擴散火焰。同步能觀測到火焰的

圓形頂點效應、壁面淬熄效應及火焰外凸效應。變化可燃氣的混合比，可以觀測

到火焰顏色的變化。當空氣濃度較低時，擴散火焰占重要部分，反應不完全炭顆

粒被析出，火焰呈黃色；空氣濃度增大后變成預混火焰，反應溫度高，完全燃燒,

火焰呈藍色。富燃料的Bensun火焰可以用Smithell分離法進行內外錐分離。Bensun

火焰及Smithell火焰分離現象如圖1所示。

三、試驗設備與燃料

小型空壓機、穩壓筒，Bensun火焰試驗系統，I號長噴管，I號玻璃管，點火器。

燃料；液化石油氣。

四、試驗環節

1.啟動排風扇，保持室內通風，防止燃氣泄漏導致對人員H勺危害。

2.啟動空壓機，使空壓機上壓力體現到0.4MPa。保證儲氣罐有足夠的空氣量。

3.按試驗原理系統圖，檢查并連接好各管路，裝上I號長噴管（內徑7.18mm）,

并套上支撐環架及I號玻璃管。

4.打開空氣（進氣）總閥，按規定設定預混空氣定值器壓力（定值器已預先調整

好，勿需學生調整）。啟動液化石油氣開關閥，使燃氣管充斥石油氣，然后打開燃

氣（進氣）總閥。

5.緩慢打開預混空氣調整閥，使空氣流量指示在150L/h左右。再打開燃氣調整

閥，使燃氣流量指示在6?7L/h左右，用點火器在噴管出口點火。

6.調整空氣流量，觀測不一樣空燃比時火焰顏色及形狀日勺變化。待管口形成穩

定的Bensun火焰時（空氣流量約275L/h左右），記錄燃氣和空氣壓力、流量值。

7.火焰內外錐分離：調整空氣流量（約150L/h左右），使火焰內錐出現黃尖，托

起支撐環架，使玻璃外管升高，當外管口超過內管口時，火焰便移到外管口上；

外管再升到一定距離，外錐仍留在外管口處，而內錐移至內管口燃燒，從而實現

了火焰分離；玻璃外管繼續升高，外錐被吹脫。記錄燃氣和空氣壓力、流量值。

8.關閉燃氣和空氣閥門，整頓試驗現場。

五、數據處理

記錄形成穩定日勺Bcnsun火焰及SmilhcH火焰分離現象時口勺燃氣和空氣壓力、流

量值。記錄試驗臺號、環境壓力和溫度。

六、思索題

1.本生燈火焰的內外錐各是什么火焰？為何？在什么狀況下外錐比較明顯？

2.火焰分離時，為何錐間距離過大，外錐會被吹脫？

試驗二預混火焰穩定濃度界線測定

一、目的：

觀測預混火焰的回火和吹脫等現象，測定預混火焰H勺穩定濃度界線。

二、原理

火焰穩定性是氣體燃料燃燒日勺重要特性，在不一樣日勺空氣/燃料比時:火焰會

出現冒煙、回火和吹脫現象。本試驗裝置可以定量地測定燃料濃度對火焰傳播穩

定性日勺影響，從而繪制得到火焰穩定性曲線（回火線）。

三、試驗設備與燃料

二

試驗設備：小型空壓機、穩壓筒,決

>

<

一

Bensun火焰試驗系統，冷卻水系統,』

II號長噴管，有機玻璃擋風罩，點火

器。

燃料：液化石油氣。

四、試驗環節

1.啟動排風扇，保持室內通風，防止燃氣泄漏導致對人員的危害。

2.啟動壓縮空氣泵，直至壓氣機停止工作，保證儲氣罐有足夠日勺空氣量。

3.按試驗原理系統圖，檢查并連接好各管路，裝上n號長噴管及冷卻器（出口直

徑10.0mm）,接通循環冷卻水；罩上有機玻璃擋風罩，稍開冷卻水閥，保證冷卻

器中有少許水流過。

4.打開空氣（進氣）總閥，按規定設定預混空氣定值器壓力（定值器已預先調整

好，勿需學生調整）。啟動液化石油氣開關閥，使燃氣管充斥石油氣，然后打開燃

氣（進氣）總閥。

5,緩慢打開預混空氣調整閥，使空氣流量指示在15OL/h左右。再打開燃氣調整

閥，使燃氣流量指示在3.8L/h左右，用點火器在噴管出口點火。

6.調整（增長）空氣流量，使火焰內錐出現黃尖，記錄火焰發煙時口勺燃氣和空氣

參數。再增長空氣流量，使管口形成穩定口勺Bcnsun火焰，記錄圓錐火焰口勺燃氣和

空氣參數。然后緩慢調小空氣流量，待形成平面火焰時，記錄燃氣和空氣參數。

管口形成平面火焰為回火日勺貧富燃料線界線。緩慢增長空氣流量，待火焰被吹脫

時，記錄燃氣和空氣參數。上述多種現象時的燃氣和空氣壓力及流量記錄于表一

中。

7.在3.8?5.2L/h之間，再選2?4個不一樣燃氣流量點，反復6.中日勺試驗內容。

8.關閉燃氣和空氣閥門，整頓試驗現場。

五、數據處理

1.根據理想氣體狀態方程式（等溫），將燃氣和空氣日勺測量流量換算成相似后力

（如O.IMPa）下的流量值。

2.根據換算流量值計算多種狀況下的空氣/燃料比。

3.以氣/燃比為縱坐標，輸入燃氣量為橫坐標，繪制火焰穩定性曲線（回火線、

吹脫線及發煙線）。

表一層流火焰穩定性口勺測定

燃料：石油液化氣試驗臺號：室溫：當地大氣壓：_

單位：壓力：kPa流

量：L/h

序黃尖圓錐火焰回火吹脫

號燃氣空氣燃氣空氣燃氣空氣燃氣空氣

壓力流量壓力流量壓力流量壓力流量壓力流量壓力流量壓力流量壓力流量

1

2

3

4

5

6

7

8

六、思索題

1.在怎樣的氣燃比下，點火比較輕易，為何？

2.確定回火的濃度界線時，應當怎樣調整空氣和燃氣流量？為何?

試驗三氣體燃料日勺射流燃燒、火焰長度及火焰溫度日勺測定

一、目的

1.比較射流擴散燃燒與預混合燃燒的異同。

2.測定射流火焰的溫度分布。

3.觀測貝克-舒曼（Burk-Schumann）火焰現象。

4.測定層流擴散火焰長度與雷諾數Re的關系曲線。

二、原理

氣體燃料日勺射流燃燒是一種常見的燃燒方式，燃料和氧化劑都是氣相的擴散

火焰。與預混火焰不一樣H勺是：射流擴散火焰燃料和氧化劑不預先混合，而是邊

混合邊燃燒（擴散），因而燃燒速度取決于燃料和氧化劑H勺混合速度，它是擴散

控制的燃燒現象。

射流擴散火焰可以由本生燈試驗系統關閉一次空氣而得到，一般說擴散火焰

顏色發黃，比預混火焰更明亮，更長。沒有管內回火，燃料較富時易產生炭煙。

縱向受限同軸射流擴散火焰是研究和應用較多的一種火焰。將一根細管放在

一粗管（玻璃管）內部，使兩管同心，燃料和氧化劑分別從兩管通過。在管口點

燃。調整燃料和氧化劑流量可以得到貝克-舒曼火焰。

當燃料低速從噴嘴口流出，在管口點燃，可以得到層流擴散火焰。層流擴散

火焰長度力與燃氣容積流量分成正比。本試驗裝置可以驗證這一關系（試驗中用自

制的簡易測高儀或直尺測量火焰高度）。

火焰口勺溫度分布是火焰研究U勺重要內容。本試驗中用伯-老伯熱電偶測定射流

火焰H勺溫度分布，并以數字溫度表顯示。

三、試驗設備

1.小型空氣壓縮機、穩壓筒，射流擴散火焰試驗系統

2.自制簡易測高儀、坐標架，直尺。

3.熱電偶，數字溫度表

4.I號及II號短噴管，II號及ni號石英玻璃套管

四、試驗環節

1.啟動排風扇，保持室內通風，防止燃氣泄漏導致對人員日勺危害。

2.接通數字溫度表進行預熱，預熱時間約半小時。

3.啟動壓縮空氣泵，直至壓氣機停止工作，保證儲氣罐有足夠的空氣量。

4.按試驗原理系統圖，檢查并連接好各管路，安裝好II號短噴管（噴口內徑

7.32mm）o

5.打開空氣（進氣）總閥，按規定設定射流空氣定值器壓力（定值器已預先調整

好，勿需學生調整）。啟動液化石油氣開關閥，使燃氣管充斥石油氣，然后打開燃

氣（進氣）總閥。

6.分別打開預混空氣及燃氣調整閥，輸入燃氣和空氣（預混空氣量250L/h左右,

燃氣流量4L/h左右），在噴口點燃，獲得穩定H勺預混火焰。

7.合適啟動射流空氣調整閥，安裝HI號石英玻璃同心套管，逐漸關閉預混空

氣調整閥，實現從預混燃燒到擴散燃燒的轉變。減小燃氣流量(V2L/h),調整射

流空氣量，形成不冒黑煙的穩定火焰。

8.調整裝有熱電偶的坐標架，使熱電偶順利穿過玻璃套管側面的測溫孔，并

使熱電偶球頭靠近火焰。調整微分測頭，從火焰表面開始，使熱電偶球頭每隔

0.5mm測量一種火焰溫度。將測量成果記錄到表二中。

9.換裝II號石英玻璃同心套管，將燃氣流量穩定在10Lh左右，調整射流空氣量,

觀測并比較通風局限性和通風過量U勺火焰現象。過量：火焰明亮，成錐形，長度

短；局限性；火焰暗紅，變長，冒煙，最終成碗形。

10.將射流空氣量穩定在2500L/h左右，調整燃氣流量(4~7L/h),用自制簡易測

高儀或直尺測量不一樣燃勺流量(不一樣雷諾數)時日勺火焰高度。將成果記錄在表

三中。

11.關閉燃氣及空氣調整閥，換裝I號短噴管(噴口內徑5.10mm)。分別打開預混

空氣及燃氣調整閥，輸入燃氣和空氣，在噴口點燃，獲得穩定口勺預混火焰。

12.合適啟動射流空氣調整閥，安裝n號石英玻璃同心套管。

13.將射流空氣量穩定在2400L/h左右，調整燃氣流量(4?6L/h),測量不一樣燃

氣流量(不一樣雷諾數)時的火焰高度。將成果記錄在表三中

14.關閉燃氣和空氣閥門，整頓試驗現場。

五、數據處理

1.根據表二中從數字式溫度計讀得的溫度值，作出火焰斷面溫度分布曲線。

2.根據理想氣體狀態方程式（等溫），將燃氣測量流量換算成噴管出口壓力（當

地大氣壓）下的流量值，求出噴管出口燃氣速度〃s。填入表三中。

3.作出力一力（火焰高度與燃氣的體積流量）曲線。

六、思索題

1.射流擴散火焰與預混火焰有哪些重要區別？

2.當燃料量輸入量大時，火焰會大量冒煙，試作分析。

3.用熱電偶測量火焰溫度有何利弊？

表二火焰溫度分布測定記錄

試驗臺號：噴嘴直徑：7.32mm溫度單

位：r

0123456789101112

II號1

短2

噴平

表三擴散火焰長度〃與雷諾數Re的關系

工II°短噴嘴（噴口內@7.32IIIIII）I號短噴嘴（噴口內徑5.10iiiin）

1234512345

項目數

值

燃氣流量

燃氣壓力

火焰圖度

換算后燃氣流

里

當地大氣壓力:

試驗四靜壓法氣體燃料火焰傳播速度測定

一、試驗目的和規定

火焰傳播速度（即燃燒速度）是氣體燃料燃燒U勺重要特性之一，它不僅對火

焰的穩定性和燃氣互換性有很大W、J影響，并且對燃燒措施的選擇、燃燒器設計和

燃氣日勺安全使用也有實際意義。

通過本次試驗，規定學生熟悉靜壓法（管子法）測定火焰傳播速度（單位時

間內在單位火焰面積上所燃燒口勺可燃混合物的體積）H勺措施。理解火焰傳播速度

“。、火焰行進速度〃p和來流（供氣）速度必互相之間的關系。

二、試驗原理

在一定日勺氣流量、濃度、溫度、壓力和管壁散熱狀況下，當點燃一部分燃氣

一空氣混合物時，在著火處形成一層極薄的燃燒火焰面。這層高溫燃燒火焰面加

熱相鄰的燃氣一空氣混合物，使其溫度升高，當到達著火溫度時，就開始著火形

成新日勺焰面。這樣，焰面就不停向未燃氣體方向移動，使每層氣體都相繼經歷加

熱、著火和燃燒過程，即燃燒火焰鋒面與新的可燃混合氣及燃燒產物之間進行著

熱量互換和質量互換。層流火焰傳播速度H勺大小由可燃混合物的物理化學特性所

決定，因此它是一種物理化學常數。

過量空氣系數（即空氣消耗系數）。”對火焰燃燒溫度（的影響見圖3所示，預

50

4

過量5

40傳播速

35I

30

25

20

15

1

*0

1.0!.21.11.61.8

0.

圖3痣1對幾的影響圖5心對外的影響

度〃（）影響見圖5所示。

三、試驗設備及原理圖

圖6靜樂法測定氣體燃料火焰傳播速度試驗臺示意圖

1.空壓機2.LPG罐3.燃氣閥4.燃氣流量計5.空氣流量計6.引

射管

7.溫度計8.穩壓筒9.可燃氣進口端10.空氣壓力表11.空氣旁

通穩壓閥

12.石英玻璃管13.點火槍

四、試驗環節

1.啟動排風扇，保持室內通風，防止燃氣泄漏導致對人員的危害。

2.起動壓縮空氣泵，直至壓氣機停止工作，保證儲氣罐有足夠日勺空氣量。

3.打開空氣（進氣）總閥，按規定設定預混空氣定值器壓力（定值器已預先調整

好，勿需學生調整）。

4.啟動液化石油氣開關閥，使燃氣管充斥石油氣，然后打開燃氣（進氣）總閥，

5.稍開預混空氣調整閥及燃氣調整閥，使石英玻璃管內充斥一定濃度的燃氣?

空氣可燃混合物（參照參數：燃氣流量4.2L/h；空氣流量280~300L/h）。

6.用點火槍在石英玻璃管出口端點燃可燃混合氣（注意點火槍不能直接對著玻

璃管中心，防止流動時可燃混合氣對點火花的吹熄、）；如點火不成功，則重新調整

燃氣和空氣H勺流量，保證可燃混合物處在著火濃度極限范圍內，直至點火成功。

7.觀測石英玻璃管口的火焰形態。

8.交替調整預混空氣調整閥和燃氣調整閥，使火焰呈預混合火焰的特性。

9.微調空氣閥和燃氣閥，使可燃混合氣流量微量減小，致使石英玻璃管口火

焰鋒面朝著可燃混合氣一側緩慢移動。當火焰鋒面基本置于石英玻璃管中間段位

置時，微量調整空氣流量閥門，使可燃混合氣流量微量增大。當燃燒速度等于可

燃氣的來流（供氣）速度時，火焰行進速度等于零，此時，火焰鋒面在空間駐定靜

止不動。

假如供氣速度調整過大，會導致火焰脫火；反之，會導致回火而吹熄、；此時

反復5~10過程，直至燃燒火焰鋒面在石英玻璃管中間段駐定而不移動。

（火焰鋒面駐定參照參數：燃氣壓力0.30kPa,流量4.2L/h；空氣壓力0.75kPa,

流量270L/h）

10.管內H勺火焰特性，在有條件的狀況下用數碼相機或攝像機拍攝管內H勺火焰

形狀。

11.記錄試驗臺號，當地大氣壓，燃氣、空氣流量及壓力。

12.關閉燃氣和空氣閥門，整頓試驗現場。

五、試驗匯報及思索題

1.根據理想氣體狀態方程式（等溫），將燃氣和空氣測量流量換算成（當地大氣

壓下）石英玻璃管內的流量值，然后計算出混合氣的總流量，求出可燃混合氣在管

內日勺流速如石英玻璃管內徑12.7mm）。由于火焰鋒面駐定期期=0,可以近似認為

火焰傳播速度等于來流速度〃s。

2.靜壓法（管子法）觀測到的火焰有哪些特性？為何？

3.過量空氣系數（即空氣消耗系數）和預熱空氣對火焰口勺燃燒速度、火焰傳播速

度有何影響？

4.倘若石英玻璃管無限長且管內充斥了可燃混合氣，一端閉口，一端開口；

在開口端點火，產生行進火焰，請論述將會出現怎么樣的燃燒現象?

試驗五本生燈法層流火焰傳播速度日勺測定

一、目日勺

1.鞏固火焰傳播速度的概念，掌握本生燈法測量火焰傳播速度的原理和措施。

2.測定液化石油氣的層流火焰傳播速度。

3.掌握不一樣的氣/燃比對火焰傳播速度的影響，測定出不一樣燃料百分數下

火焰傳播速度日勺變化曲線。

二、原理

層流火焰傳播速度是燃料燃燒時基本參數。測量火焰傳播速度日勺措施諸多。

本試驗裝置是用動力法即本生燈法進行測定。

正常法向火焰傳播速度定義為在垂直于層流火焰前沿面方向上火焰前沿面

相對于未燃混合氣的運動速度。在穩定的Bcnsun火焰中，內錐面是層流預混火熔

前沿面。在此面上某一點P處，混合氣流的法向分速度與未燃混合氣流的運動速

度即法向火焰傳播速度相平衡，這樣才能保持燃燒前沿面在法線方向上時燃燒速

度(圖7),即

?o=ws.sina(1)

式中：以一混合氣的I流速(cm/s)；/CA\

a一火焰錐角之半。

圖7火焰傳播速度

測試原理

或〃o=318a(2)

式中：/一混合氣的I體積流量(L/s)；

力一火焰內錐高度(cm)；

)—噴口半徑(cm)。

火焰高度人可由自制簡易測高儀測出。

三、試驗設備及燃料

1.試驗系統與試驗二相似，用H號長噴管加冷卻水套。

2.自制簡易測高儀。

3.燃料：液化石油氣。

四、試驗環節

1.調整自制簡易測高儀，使測高儀的不銹鋼箭頭對準火焰內錐。

2.其他準備工作與試驗二相似。

3.根據液化石油氣火焰的穩定性曲線，預先估計制得多種混合比所需的空氣

和燃料流量，以防止燃料比例數過于靠近而影響曲線日勺繪圖。

4.緩慢調整空氣和燃氣流量，當火焰穩定后，用測高儀測得火焰內錐高度。

測量狀況不少于6種，為減少測量誤差，對每種狀況最佳測三次，然后取平

均值。

五、數據處理

1.根據理想氣體狀態方程式（等溫），將燃氣和空氣測量流量換算成（當地大氣

壓下）噴管內日勺流量值，然后計算出混合氣的總流量，求出可燃混合氣在管內日勺流

速，欣11號長噴管內徑10.0mm）,并求出燃氣在混合氣中的百分數。

2.計算出火焰傳播速度u。,將有關數據填入表四內，以火焰傳播速度為縱坐標,

繪制火焰傳播速度相對于燃氣比例的曲線。

六、思索題

1.液化石油氣的最大火焰傳播速度是多少？對應的燃氣百分數是多少？誤差

怎樣？

2.應選定Bcnsun火焰的哪個面為火焰前沿面？為何？

3.測量富燃料U勺火焰傳播速度，存在哪些困難？用本生燈法能否處理？

表四本生燈法層流火焰傳播速度的測定

噴管口面積：室溫：℃當地大氣壓：kPa

試驗臺號：單位：壓力：kPa流量:

mL/h

燃氣測量空氣測量總流量燃氣氣流出火焰傳火焰高度

折算流量

值值體積口速度播速度

號^v(mL/s（mm）

)百分WsMO

壓力流量壓力流量燃氣空氣

數(cm/s)(cm/s)

1

2

13

平

均

1

2

93

平

均

1

2

33

平

均

1

2

43

平

均

1

2

53

平

均

1

2

63

平

均

試驗六水煤漿滴的燃燒試驗

一、水煤漿應用背景

石油資源日勺緊缺使我國相稱一部分燃油爐的燃料發生困難。由于水煤漿與液

體燃料在許多方面有相似之處，以水煤漿替代液體燃料的研究得到廣泛的重視，

獲得了很大的進展。它在煤粉中加入一定比例的水和少許表面活性劑制成的水煤

漿有許多特點。它可以象石油同樣用管道輸送，只需改動燃油爐的某些部件，如

有水煤漿噴嘴就可在油爐中燃燒。由