实验二-层流火焰传播速度的测定实验
实验二 层流预混火焰传播速度测定
实验二 层流预混火焰传播速度的测定一、实验的理论基础许多工业设备都应用预混气燃烧作为热和能量的生成方式。
如火花点火发动机（汽油机），煤气炉内的燃烧，灾害性的火灾和爆炸都涉及到预混气的燃烧和火焰传播问题。
研究预混气燃烧的最重要参数是层流火焰传播速度。
火焰速度是预混气的基本特性，是研究火焰稳定性以及湍流预混气燃烧的基础。
层流火焰速度定义为给定可燃预混气的一维平面预混火焰在没有热损失时相对于未燃气的移动速度。
用S 0表示。
该定义给出的火焰速度是预混气的单一的固有特性，而与外界流动条件无关，在某些精心设计的实验设备，如相向流火焰设备上，采用激光多普勒速度仪，可以精确测定S 0。
普通的预混火焰设备很难完成满足上述定义中的所有条件。
如采用本生灯测定火焰速度，由于火焰面呈锥形，不是一维火焰，顶端和底部火焰有弯曲。
不可避免地有热损失。
因此测到的是被测点当地的火焰速度或称局部火焰速度，用S 表示。
S 除与可燃预混气的气/油比有关外，还受热损失，火焰拉伸等动力学因素影响。
用其它的实验方法，如平面火焰法，火焰推进法，肥皂泡法，球弹法和圆管法都是只能测定局部火焰速度。
层流火焰理论指出，预混火焰的稳定位置总是位于预混气在火焰面的法向速度分量与火焰速度（总与火焰面垂直）大小相等，方向相反的地方。
当这两个速度不相等时，火焰面就要移动，而扩散火焰总是驻定在燃料与氧化剂为化学计量值的位置上。
在这一位置，燃料与氧化剂混合最均匀，反应率最快。
偏离这一位置，不可能组织起燃烧，扩散火焰没有火焰传播速度的概念，这是预混火焰和扩散火焰最主要的区别之一。
二、实验原理实验采用本生灯测定（局部）火焰传播速度，实验设备与实验二相同。
设计良好的本生灯火焰呈锥形，除顶端和底部火焰弯曲外，中间有较长一段的平直火焰，假定预混气速度沿出口截面分布均匀，火焰前沿各处的气流法向速度相等，把驻定在管口的火焰面简化为正锥形，如图3-1所示。
预混气的速度为u 0，火焰面平直的上点P 的火焰速度为S 。
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。
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。
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。
层流预混火焰传播速度测定
层流预混火焰传播速度的测定实验成员：徐俊卿 郑仁春 韩超一、实验的理论基础许多工业设备都应用预混气燃烧作为热和能量的生成方式。
如火花点火发动机（汽油机），煤气炉内的燃烧，灾害性的火灾和爆炸都涉及到预混气的燃烧和火焰传播问题。
研究预混气燃烧的最重要参数是层流火焰传播速度。
火焰速度是预混气的基本特性，是研究火焰稳定性以及湍流预混气燃烧的基础。
层流火焰速度定义为给定可燃预混气的一维平面预混火焰在没有热损失时相对于未燃气的移动速度。
用S 0表示。
该定义给出的火焰速度是预混气的单一的固有特性，而与外界流动条件无关，在某些精心设计的实验设备，如相向流火焰设备上，采用激光多普勒速度仪，可以精确测定S 0。
普通的预混火焰设备很难完成满足上述定义中的所有条件。
如采用本生灯测定火焰速度，由于火焰面呈锥形，不是一维火焰，顶端和底部火焰有弯曲。
不可避免地有热损失。
因此测到的是被测点当地的火焰速度或称局部火焰速度，用S 表示。
S 除与可燃预混气的气/油比有关外，还受热损失，火焰拉伸等动力学因素影响。
用其它的实验方法，如平面火焰法，火焰推进法，肥皂泡法，球弹法和圆管法都是只能测定局部火焰速度。
层流火焰理论指出，预混火焰的稳定位置总是位于预混气在火焰面的法向速度分量与火焰速度（总与火焰面垂直）大小相等，方向相反的地方。
当这两个速度不相等时，火焰面就要移动，而扩散火焰总是驻定在燃料与氧化剂为化学计量值的位置上。
在这一位置，燃料与氧化剂混合最均匀，反应率最快。
偏离这一位置，不可能组织起燃烧，扩散火焰没有火焰传播速度的概念，这是预混火焰和扩散火焰最主要的区别之一。
二、实验原理实验采用本生灯测定（局部）火焰传播速度，实验设备与实验二相同。
设计良好的本生灯火焰呈锥形，除顶端和底部火焰弯曲外，中间有较长一段的平直火焰，假定预混气速度沿出口截面分布均匀，火焰前沿各处的气流法向速度相等，把驻定在管口的火焰面简化为正锥形，如图3-1所示。
试验五火焰传播速度测定试验
实验五火焰传播速度测定实验一、实验目的1. 理解火焰传播速度的概念，掌握静压法（管子法）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。
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。
在一定的气流量、浓度、温度、压力和管壁散热情况下，当点燃一部分燃气－空气混合物时，在着火处形成一层极薄的燃烧火焰面。
这层高温燃烧火焰面加热相邻的燃气－空气混合物，使其温度升高，当达到着火温度时，就开始着火形成新的焰面。
这样，焰面就不断向未燃气体方向移动，使每层气体都相继经历加热、着火和燃烧过程，即燃烧火焰锋面与新的可燃混合气及燃烧产物之间进行着热量交换和质量交换。
层流火焰传播速度的大小由可燃混合物的物理化学特性所决定，所以它是一个物理化学常数。
测量火焰传播速度的方法很多，如静压法（管子法）、本生灯法、定容球法、肥皂泡法和粒子示踪法等。
本试验装置是用静压法（管子法）进行测定。
二、实验设备图1 静压法（管子法）测定火焰传播速度装置图图2 实验设备零件四、实验步骤根据步骤操作：11.打开主开关(1)。
打开气体供应源。
12.打开空气控制阀(2)，确保空气流进燃烧混合元件（18）。
13.把脚放置在开关板上，打开气体控制阀（3）。
14.使用手动点火器（19），在燃烧器内点燃混合物。
注意：当操作者把脚从脚踏开关移开，燃气电磁阀会自动关闭，一者可以起到安全的作用，二者可以立即关闭气体进行火焰传播速度的测量。
15.当火焰产生后，调节控制元件来得到想要的空气/燃料比。
气体的流速可以通过流速计（5）或（6）测量。
16.当设置好比例后，等待5秒左右直到火焰稳定，然后完全关闭空气和气体控制阀，从脚踏开关移开脚。
同时按下点火按钮（在远程点火箱上）。
燃烧学实验指导书
专业课实验室燃烧学实验实验指导书重庆大学动力工程学院二○○九年十二月燃烧学实验注意事项1．实验台上的玻璃管须轻拿轻放，用完后横放在实验台里侧，以防坠落。
2．燃烧火焰的温度很高，切勿用手或身体接触火焰及有关器件。
3．燃烧完后的本生灯管、喷嘴口、石英管的温度仍很高，勿碰触，以防烫伤。
4．在更换燃烧管时，手应握在下端，尽量远离喷嘴口。
本生灯燃烧实验系统介绍一、本生灯燃烧实验系统本生灯燃烧实验系统如图1所示。
压缩空气（蓝色导管）通过减压阀门调节，进入浮子流量计调节测量。
甲烷（桔红导管）由气瓶开关、减压阀提供，接通单向电磁阀进入浮子流量计调节测量。
主控制面板上设计了一个主控单向电磁阀开关，只有当电源接通，开关按下时，燃料才能供应。
空气和燃气调节好当量比被分别输送进入一个混合管（混合管的功用是缓和气流的脉动，并使甲烷、压缩空气两股气体充分混合，以保证在本生灯管的进口处获得稳定、均匀的流动），该混合管连接一个内径为25mm的本生灯管，用于火焰结构演示实验、钝体火焰稳定实验。
根据火焰传播的余弦定理，已知管口直径，测量出火焰的高度，就能算出火焰锥角。
再通过浮子流量计的读数，测出气流流出管口的速度，就可以算出火焰的传播速度。
图 1 本生灯燃烧实验系统二、实验装置本生灯燃烧实验系统由本生灯，压缩空气阀，甲烷气瓶一个，浮子流量计两个，空气压力表、甲烷压力表各一个，减压阀两个，单向逆止阀一个，混合器，钢尺，点火枪等组成。
实验用仪器仪表型号规格见表1.表1. 实验用仪器仪表型号规格名称型号规格生产厂家本生灯浮子式流量计(燃气) LZB-4F浮子式流量计(空气) LZJ-10空气减压阀燃气减压阀单向逆止阀空气压力表膜合压力表(2.5级)甲烷压力表膜合压力表(2.5级)点火枪红日牌压缩空气罐压缩甲烷气罐ISP-15钢尺混合器（本生灯有的话，则不需）三、燃气的物理化学性质实验用燃气可用甲烷气体，也可用液化石油气(LPG)，在本实验中选用液化石油气作为实验用燃气，其物理化学性质见表2.表2.燃气的物理化学性质燃料主要成分相对分子质量液态密度(kg/L)沸点(℃)理论空气量kg/kg kmol/kg液化石油气(LPG) C3H844 0.54 -42.1 15.8 0.541自燃温度(℃) 闪点(℃)燃料低热值(MJ/kg)汽化潜热(kJ/kg)混合气热值(kJ/m3)辛烷值RON MON504 -73.3 46.39 426 3490 96-111 89-96实验一Bensun预混火焰颜色与外型一、实验目的：1．了解本生灯的工作原理和结构构成。
燃烧理论课程回顾2014
速度，干扰速度可以忽略。 Z缓燃时，燃烧速度相对慢，必须考虑（或排除） 干扰速度。
9. 火焰传播行进速度uf、燃烧速度us、来流速度 ua，确定定置火焰、行进火焰、脱火、回火的速 度关系
Z 定置火焰： u f = 0 Z 行进火焰： us ≠ ua Z 脱火： ua Z 回火： us
us = −ua
《燃烧理论基础》课程回顾
罗马吉 2014.5
本课程的学习内容
第一章 燃烧热力学 第二章 化学动力学 第三章 燃烧物理学 第四章 着火（自燃与引燃） 第五章 预混合气体燃烧火焰 第六章 扩散火焰与液体燃料燃烧 第七章 气体燃料的喷射与燃烧 第八章 固体燃料的燃烧 课程实验
物、中间产物、最终产物的浓度有关。 Z 反应速度与温度的关系常用Arrhenius 指数项 − E / RT 或 e m 简单的指数 T 的关系式表示。
4.简单反应或热反应
Z 反应速度只受初始反应物浓度影响的反应
5.复杂反应或自催化反应
Z 反应速度受中间产物或最终产物浓度影响的反应
6. 热着火需要满足的条件是什么？
第五章 预混合气体火焰
1. 预混合燃烧受化学动力学（化学反应速度）控 制。燃烧速度快，火焰呈蓝色。 2. 非预混合燃烧受扩散速度（可燃气的制备）和化 学动力学 双重控制，且受最慢一种控制。 3. 火焰的结构的定义
Z 火焰锋面及其前后成分、温度、密度、速度、压力等变
量随火焰锋面厚度方向的变化情况
3.研究基础有哪些基本定律和现象？
Z 牛顿粘性定律，傅里叶导热定律，费克扩散定律，斯蒂芬流现象
4、自燃：不Βιβλιοθήκη 要外界的火源引火，在适当的温度压力条件 下可燃混合气（剂）自身的化学反应速度已经快得足以产生 足够的热量，使之着火燃烧或爆炸。 5、引燃：可燃混合气（剂）依靠外火源（如电火花、引燃 火焰、火星等）来引燃的。 6. 关于混合流动的一些结论
火焰燃烧速率的实验测量与计算
火焰燃烧速率的实验测量与计算火焰燃烧速率是指火焰燃烧过程中燃料的消耗速度，对于火灾事故的防治以及工程设计有重要的意义。
为了有效地控制火灾，我们需要准确地测量和计算火焰燃烧速率。
要测量火焰燃烧速率，我们首先需要确定一个合适的实验装置。
在实验中，我们可以使用一根直径相对较小、长度适中的导火管作为燃烧物质的载体。
在导火管的一端点燃燃料，另一端用脉冲激光测距仪定位，并且在导火管的一侧设置一个微小的孔洞，用来观察火焰的燃烧情况。
在实验开始之前，我们需要确定燃料的组成和性质。
不同的燃料在燃烧过程中释放的热量和气体产物会有所不同，因此我们需要选取一种常用的燃料作为实验用品。
常见的燃料有天然气、甲醇等，它们的燃烧特性已经被广泛研究过。
我们可以通过测量燃料的质量和体积来确定初始燃料的量，并且需要事先计算好燃料的热值以及燃料所释放的气体体积。
在实验进行时，我们点燃导火管上的燃料，并且记录下它的开始和结束时间。
同时，我们观察燃烧过程中火焰的高度变化，并且使用脉冲激光测距仪来测量导火管的长度。
在实验过程中，我们需要保持实验环境的恒定，包括室温、风速等因素。
通过测量实验过程中燃料的质量变化，我们可以计算出火焰燃烧的速率。
实验数据记录完毕后，我们可以利用燃料的热值和释放的气体体积来进行计算。
根据燃料的性质和燃烧过程中产生的热量，我们可以推导出燃料燃烧过程中燃料消耗的关系方程。
根据实验数据和方程，我们可以计算出火焰燃烧速率并进行分析。
通过实验测量和计算，我们可以得到火焰燃烧速率的准确数值。
这个数值对于火灾事故的扑救、火警报警系统设计以及建筑物的防火设计非常重要。
在火灾事故中，了解火焰的燃烧速率可以帮助我们预测火势的发展和危险区域的分布，从而采取有效的措施进行扑救。
在工程设计中，合理地评估火焰燃烧速率可以帮助我们选择合适的防火材料和火灾控制措施，保障建筑物的安全。
在实验中，我们需要注意实验安全，并且进行合理的设备选择和实验设计。
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。
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。
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
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。
糙表面； ❖ 明显噪音。
层流和紊流火焰前锋示意图
紊流火焰燃烧速度增加的原因
❖ 1）紊流脉动使火焰变形，火焰表面积增加，增加 了反应区。
❖ 2 ）紊流脉动增加了热量和活性中心的传递速度， 反应速率加快，从而增大实际燃烧速度。
❖ 3）紊流脉动加快了已燃气和未燃气的混合，缩短 混合时间，提高燃烧速度。
第二节 火焰传播速度及测定
❖ 燃气作正常燃烧时，这种静止的可燃气体焰 面的移动过程就是火焰的传播过程，也称燃烧 过程；焰面移动的速度叫燃烧速度，又称火焰 传播速度。垂直于燃烧焰面的火焰传播速度称 为法向火焰传播速度。
火焰传播速度的测定方法：
困难一：不容易获得一个稳定的平面火焰 困难二：确定火焰前沿
第五节 火焰传播浓度极限
一、火焰传播浓度极限的概念
❖ 能使火焰继续不断传播所必需的最低燃气浓度，称 为火焰传播浓度下限(或低限)；能使火焰继续不断 传播所必需的最高燃气浓度，称为火焰传播浓度上 限(或高限)。上限和下限之间就是火焰传播浓度极 限范围，火焰传播浓度极限又称着火浓度极限。
二、影响火焰传播浓度极限的因素
一种称为静力法； 一种称为动力法。
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
层流火焰传递速度测定
w
Sn
我们认为火焰面上各处Sn都相同，流速w 在断口面上也均匀分布，则经积分运算得：
Sn=V/A
V——可燃混和气体体积流量。 A——锥面内焰面总表面积。
由几何运算求的锥面面积的： Sn=318V/（r*SQRT（r2+h2）)
318——常数，阻尼系数。 r，h——内焰锥面低圆半径和高度。
转子流量计
天然气
湿式流量计
混合气
风机
调节阀 湿式流量计 稳压箱
本生灯 垂高仪
实验步骤与结果记录
1. 启动风机，调节风量，使本生灯出口流量约为 0.6m/s。并读出空气流量。
2. 由以上空气流量粗略估算出空气系数为0.8、0.9、 1.0、1.1、1.2的天然气流量。
3. 开启天然气阀，按上述5种情况调整天然气流量。 4. 待每一工况稳定后，有湿式流量计计测出天燃气、
空气的体积流量（空气5升，天然气1升的时间）， 由垂高仪测出火焰内锥高度。 5. 记录室温，计算Sn。 6. 结果记录，P67。
一根玻璃管内充满燃气空气混合气体，一 端点燃，形成一个焰面，此焰面从一端传 播到另一端。
S Sn 距离L 时间t
火焰传播速度：S=L/t
垂直于焰面的法向速度：Sn=S*Ad/As Ad：玻璃管截面积 As：火焰前沿面面积
火焰高度法测火焰传播速度
Sn=Wn=w·Cosθ=w·dA1/dS Wn：喷嘴出口速度； w：流经微元火焰面ds的可燃混气流速。 dS：锥状内火焰面上任意微元面面积。 dA1：微元火焰面在喷口断面上的投影。
α=燃烧1kg 燃料所实际供给的空气质量/ 完全燃烧1kg 燃料所需的理论空气质量
α＞１,空气过剩；α<1，燃烧不充分。
甲醇,乙醇—空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
甲醇,乙醇—空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
实践一：甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
技术背景：火焰传播速度是风险评价的重要参数。
当发生火灾时，火焰的传播速度是火灾风险评价的一个重大指标。
火焰传播速度受环境温度、测试环境湿度、空气流速和火焰温度等因素的影响。
研究对象：此次研究选择甲醇/乙醇-空气混合物的层流火焰传播速度的测定，确定甲醇/乙醇大气火焰传播最大传播速度，并用以风险评估。
实验原理：实验主要采用层流火焰的热像仪法，其原理是使用热像仪探测反应炉内不同种类组分的温度，绘制出火焰传播过程中的温度曲线，通过反应炉的贴壁温度和横向温度峰值坐标，求出火焰传播速度。
实验流程：实验由一组3种成分的火焰测试循环组成，包括甲醇（2%、4%、6%）和乙醇（2%、4%、6%）的混合物于空气（91.9%）混合而成的空气混合物。
将空气混合物注入所准备的反应炉内，同时加入火源，控制火焰循环，应用热像仪采集火源到贴壁温度，从而推测出火焰状态，进而计算出火焰传播速度。
实验结果：实验结果显示，当甲醇含量增加时，甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度不断提高，当甲醇含量达到6%时，传播速度较高，为层流火焰的最大传播速度，约为
0.627 m/s，但是当乙醇含量增加时，火焰传播速度减小。
结论：本实验结果表明，当甲醇和乙醇混合比例为2:6时，可获得甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的最大值，为0.627 m/s。
该结果可以用于分析和预测甲醇/乙醇燃烧的高温热辐射，从而作出风险评估。
以上就是甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的实验研究的全部内容。
这项实验可以使我们了解甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播最大速度，为火。
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。
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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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。
对于甲烷—空气混合物，其贫燃极限是Φ=0.53，其富燃极限是Φ=1.6。
2、火焰稳定性流动中存在钝体将在其后引起一个回流区的产生，这是由于在钝体边缘发生了气流分离。
如果流动的是可燃混合物，并且对其点火，那么火焰就将稳定在回流区和自由流之间的剪切层中。
这有两个原因，一是因为在回流区的湍流边界层中有质量和热量的交换，它们将热的燃烧产物带入回流区，使之回流到火焰根部，形成一个连续的点火源；二是因为回流产生了局部低速区，因此火焰可能在高的自由流速下连续。
回流区实际上在产生动力的每一个场合都有应用：在工业燃烧器、燃气涡轮、煤发电站和加力燃烧室中。
它可能是在高速流中稳定火焰的唯一的实用的和低成本的方法。
最后，当速度过高时，火焰将可能会熄灭或吹熄。
一个直接的解释就是，太高的气流速度将会提高对流和紊流扩散的能力，将热从反应区转移，使温度下降，因此易于发生熄火。
另一种解释是，我们提供了太多的反应物，我们对火焰“要求太多”。
在燃烧理论中，这种情况经常被表达成两种时间尺度的比较：当完成化学反应所需要的时间比流体力学情况所允许的时间（例如，在反应区的滞留时间）要长时，就会发生熄火。
包含这些想法的理论是基于良搅拌反应器概念，它是实际回流区稳焰的一种理想化模型。
根据这个模型，如果火焰在回流区的滞留时间太短，使燃烧不能完成，那么火焰将会熄灭。
这个滞留时间尺度等于钝体的直径除以自由来流的速度U ，/phys D U τ=，而化学时间尺度大约等于2/chem L S τα=，其中S L 是层流火焰传播速度，α是热扩散系数（等于k/ρc p ,其中k 为导热率，ρ为密度，c p 为比热，所有的值都取室温下的空气的相应值）。
比率τphys / τchem 叫作Damköhler 数，用Da 表示。
因此，总的来说，在一个给定的燃烧室中，当Da 值低于某临界值时火焰将会熄灭，该临界值取决于燃烧器的外形参数。
对于熄火还有其他 一些更复杂的理论，但是对于数据解释，这种理论已经足够了。
在本实验中，通过分别改变气流流率和当量比，连续改变着物理和化学的时间尺度。
考察一下对于钝体火焰，临界Damköhler 数的概念是否有效。
为了将相应理论从值班火焰尺寸的试验台推广到真实尺寸的燃烧器，这个概念在工业上用得非常广泛，因此学习如何应用这个概念是非常重要的。
二、 实验目的1、演示火焰传播过程和测定火焰传播速度。
2、掌握测量层流火焰传播速度的另一种方法。
三、 实验设备火焰传播速度装置（图1）由火焰传播实验台架一套，浮子流量计两个，空气压力表、甲烷压力表各一个，双向开关一个，点火开关一个，甲烷流量调节开关一个，单向电磁阀一个，混合器一个、双路直流稳压电源一台，数字计时器一台，周围光源传感器两个，强化石英玻璃管一个，有机玻璃保护屏一个，以及支架、点火火花塞、混气管等组成。
图1 火焰传播速度装置火焰速度传播实验：将调节好恰当的混合气经过混合管，输入到一根长1.5m 、直径25mm 的石英玻璃管的一端口上进行充气，经过约70秒管内充足混合气体，便将混合管移至窗外。
石英玻璃管的另一端口有一点火器装置将点燃，燃烧的火焰此时在玻璃管内可观察到火球传播。
沿着火球传播玻璃管外，放置了两个相距1.4米、用于感知火焰的周围光源传感器，并配以相应的数据采集系统。
实验中将记录火焰面先后通过这两个传感器的时间差∆，然后采用x u t∆=∆ 计算出火焰通过这两个传感器间的平均传播速度L S 。
四、 实验原理空气和燃气调节好当量比被分别输送进入一个混合管，该混合管连接一个内径为25mm 石英玻璃管，用于火焰传播速度演示实验。
本实验观察火焰在一个石英玻璃管中的传播，是属于层流火焰传播过程，它的传播速度是一个定值。
通过测量火焰传播的时间和距离就能算出传播的平均速度。
在这个实验中，用于感知火焰面的两传感器的距离是固定不变的，为一个定值，这里主要测量火焰通过这段距离所用的时间，时间的测量是通过周围光源传感器感受到的火焰发光面信号传给数字计时器，记录这两个信号间的时间差就能知道火焰通过两传感器的传播时间。
五、实验步骤1、图1所示。
打开压缩空气阀门（空气压力0.3Mpa），调节减压阀出来的压缩空气符合实验压力要求。
2、打开甲烷气罐阀门，调节减压阀（甲烷压力0.1MPa），符合实验要求。
3、打开控制总开关，接通电磁阀。
4、调节浮子流量计使得压缩空气和甲烷流量达到当量比为Φ=1的流量。
5、将甲烷气体和压缩空气送入混合器，混合器将已知配比适合点燃的混合气体送石英玻璃管一端中。
6、大约经过70秒,关闭甲烷调节控制阀，（迅速抽出混合管甩到窗外）管的两个端口保持堵塞状态3～5秒，以便混合气体继续混合，然后按点火器控制键，在玻璃管的另一端用点火电嘴点火。
此时可以看见一个火焰面从点火端向另一端传播。
观察火焰传播现象并记下火焰传播时间。
7、记录两个传感器之间的距离∆S和过数字计数器传过这段距离所用的时间∆t。
8、重复实验几次，求平均值。
9、关闭甲烷气瓶阀，关闭压缩空气阀。
10、关闭电源和数字频率计数器。
11、实验结束。
六、实验数据处理1、气体流量由于本实验所用空气为压缩空气，则其空气压力必然会对流量造成一定影响，浮子流量计的读数用m3/h表示的体积流量。
那么，由公式PV nRT=可知，压力与体积成反比，用V测表示实测的流量，可用公式/airV P V P=测算出常压下的空气体积流量V air。
2、当量比对于空气中的甲烷，化学恰当燃料/空气体积比为1: 9.542。
3、误差分析气流速度的误差大概为±5%，这是由于浮子高度的读数误差以及浮子流量计标定和曲线拟合的误差。
因此在估计计算当量比时的组合误差同时，还必须估计在测量火焰速度和贫油熄火极限时的误差，这取决于操作者。
火焰传播速度余弦定律：设气流与焰锋法线方向成一夹角φ，可把气流分解成两个分速，一个是与焰锋表面垂直的法向分速u n ，一个是与焰锋表面平行的切向分速u T 。
前者产生的牵连运动将使焰锋沿a-b 顺着焰锋表面移动。
当火焰稳定时，这两个分速引起的焰锋牵连运动将得到平衡和补偿，亦即焰锋相对于灯口的位置不变。
显然，与法向分速u n 相平衡的正是当地的火焰传播速度u l ，他们的大小相等而方向相反，从数值上看u n =u l 。
由于cos n u u ϕ=所以cos l u u ϕ=这就是说，在火焰稳定时，迎面气流速度在火焰前锋法向上的投影，即法向分速，在数值上必等于混气的火焰传播速度，这就是余弦定律。
本生灯层流火焰传播速度计算公式：令内锥表面积为A f ，灯管的截面积为A t ，管内的平均流速为V t ，层流火焰传播速度S L 就可以用连续方程来确定。
(/)L t t f S V A A =由于锥体表面积A f 大于A r ，所以S L 必小于V f 。
Φ0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 V air (m 3/h)2.38 2.04 1.79 1.59 1.43 1.30 1.19 1.1 1.02V CH4(m 3/h) 0.15 表2 理论的甲烷—空气混合物的层流火焰传播Φ0.8 0.9 1.0 1.08 1.1 1.2 1.3 1.4 S L (m/s) 0.30 0.38 0.43 0.45 0.44 0.40 0.31 0.18七、 实验注意事项点火前一定要确认将混气管移出石英玻璃管，并移至到窗外。
监控人员必须有一名学生专人负责，向点火人员报告能否点火，接到监控人员的可以点火指示。
点火人员才能按点火按键。
火焰传播速度测量系统的调试：1．将两只传感器分别安装在距石英玻璃管体两端口50毫米处支架上。
2．接上电源，通用计数器必须进行如下设置：a、通道A（左通道）、B（右通道）的4盏指示灯均为上面3只灯亮；b、按通道“CH”，“TOT”清零。
设触发电平用功能键调至“600mv”；c、重复(b)，设置另一通道触发电平；d、按“TI”，即测“时间间隔”的意思；e、按“TOT”清零，即可工作。
八、思考题1.层流火焰传播速度的定义是什么？对于扩散火焰，是否存在火焰传播速度？。