燃烧学第二章作业

旋流燃烧器混合特性实验方案设计

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如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。

一：实验目的

为掌握燃烧器的燃烧特性， 需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化） 。

二：实验原理

由于本实验只需要求得混合后气体的成分比例，不要求混合后气体的浓度。因此，只需要根据热流密度守恒即可求得混合后气体成分的比例，而不需要以温度场模拟浓度场。

对于两股射流与高温烟气的混合问题，燃料气温度为T1，空气温度为T2，高温烟气温度为T3。对于炉膛空间中的任一点，假设其温度为Txy ，该点物质中来自燃料气的成分的质量分数为m1，来自空气的成分的质量分数为m2，来自高温烟气的成分的质量分数为m3。根据热流密度守恒，有：

⎩⎨⎧=++=++xy p p p p T c T m c T m c T m c m m m 3

33,222,111,3211 若假设三种气流p p p p c c c c ===3,2,1,，则上式可以简化为：

⎩⎨⎧=++=++xy T T m T m T m m m m 33221

13211 式中xy T T T T 、、、321为待测量，321m m m 、、为待求值。

由于未知数有3个而方程只有两个，故方程不封闭无法求解。故，实验中须改变321T T T 、、，测出两次不同温度下的xy T ，与上述两个方程组成封闭方程组如下：

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧=++=++=++''33'22'113322113211xy xy T T m T m T m T T m T m T m m m m 式中：

1m ——混合气体中来自燃料气的成分的质量分数；

2m ——混合气体中来自空气的成分的质量分数；

3m ——混合气体中来自高温烟气的成分的质量分数；

1T ——第一次输入的燃料气的温度；

T——第一次输入的空气的温度；

2

T——第一次实验的高温烟气的温度；

3

T——第一次实验中炉膛中坐标为(x,y)点的温度；

xy

'

T——第二次输入的燃料气的温度；

1

'

T——第二次输入的空气的温度；

2

'

T——第二次实验的高温烟气的温度；

3

'

T——第二次实验中炉膛中坐标为(x,y)点的温度；xy

三：实验设备

热电偶温度计、冰点瓶、数字式电压表

四：实验系统连线图

四：实验步骤

1.按照实验系统连线图连线。

2.建立如图所示坐标系，开启进气系统，待温度稳定后依次记录1点、2点、3点的电势值。依照实验具体情况在第一象限与第四象限取足够数量的离散点代替连续温度场进行研究，分别记录其电势值。

3.改变进气（燃料气和空气）温度，重复步骤二（注意：此时选取的点应与步骤二选取的点一致）。

4.关闭系统，拆除连线。

四：数据处理

对于每个点（x,y ），实验均测得了两组数据（1T ,2T ,3T ,xy T ）、

（'1T ,'2T ,'3T ,'

xy T ）。将这两组数据分别代入下面这个式子中计算即可得到该点处的气体成分比例。 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++=++=++''33'22'113322113211xy xy T T m T m T m T T m T m T m m m m

将所有点所对应气体成分比例求出来，在坐标图中连接成分比例相同的点即可得到炉膛空间气体成分分布图。