本生灯法测定燃气法向火焰传播速度测试装置说课讲解
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。
本生灯实验火焰温度
本⽣灯实验⽕焰温度本⽣灯实验⽕焰温度爱尚实验室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。
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使⽤步骤1.把实验室的窗户打开，保持空⽓流通，避免强光照射。
2.把本⽣灯胶喉与煤⽓管接上，并放在防⽕板上。
3.先把灯脚的空⽓调节器关闭，并点燃⽕柴在出⽓⼝上。
4.启动煤⽓掣，把灯点燃，这时⽕焰为橙⾊。
5.打开空⽓调节器让新鲜空⽓进⼊，⽕焰转为蓝⾊及温度变⾼。
6.在使⽤完毕后，先把⽓孔关上，再关掉煤⽓掣。
7.把本⽣灯从煤⽓管拔出。
经济型本⽣灯 德国WIGGENS集团成⽴于1980年，总部坐落与德国⾸都柏林。
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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。
燃烧学实验指导书
燃烧学实验指导书目录实验原理系统图、实验仪器仪表型号规格及燃料物理化学性质 (2)实验一Bensun火焰及Smithell法火焰分离 (3)实验二预混火焰稳定浓度界限测定 (4)实验三气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定 (6)实验四静压法气体燃料火焰传播速度测定 (8)实验五本生灯法层流火焰传播速度的测定 (11)实验六水煤浆滴的燃烧实验 (13)燃烧喷管及石英玻璃管说明燃烧喷管共4根，分别标记为：I号长喷管—细的长喷管(喷口内径7.18mm)II号长喷管—粗的长喷管(相配的冷却器出口直径10.0mm)I号短喷管—细的短喷管(喷口内径5.10mm)II号短喷管—粗的短喷管(喷口内径7.32mm)石英玻璃套管共3个，分别标记为：I号玻璃管—最细的石英玻璃管(本生灯火焰内外锥分离用)II号玻璃管—中间直径的石英玻璃管(观察Burk-Schumann火焰现象及测定射流火焰长度用)III号玻璃管—最粗的石英玻璃管(测定射流火焰温度用)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．燃烧完后的喷嘴口、水平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。
定值器压力#1台#2台#3台#4台#5台#6台预混空气(kPa) 13 12 13 13 20 13 射流空气(MPa) 0.12 0.11 0.135 0.12 0.16 0.12实验一Bensun火焰及Smithell法火焰分离一、目的：1. 观察Bensun火焰的圆顶效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应；燃料浓度对火焰颜色的影响；气流速度对火焰形状的影响等各种火焰现象。
2. 了解本生灯火焰内外锥分离的原理和方法。
二、原理预混合燃烧即动力燃烧，其机理是燃气与燃烧所需的部分空气进行预先混合，燃烧过程在动力区进行，形成的火焰称之为Bensun火焰。
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。
西安交通大学_燃烧复习题_答案详解
《燃烧学》复习题2011版第一章 燃烧化学反应动力学基础1、 什么叫燃烧？答：燃烧标准化学定义：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应．燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应，不一定要有氧气参加 2、 浓度和化学反应速度正确的表达方法？答：浓度：单位体积内所含某种物质的量 1.分子浓度 ni =Ni /V Ni 为分子数 1 /m3 2.摩尔浓度 Ci =Mi /V Mi 为摩尔数 mol / m3 3.质量浓度 ρi=Gi /V kg / m34.相对浓度 摩尔相对浓度：p p c c n n x i ii ii i =∑=∑=质量相对浓度：i iii i G G f ρρ∑=∑=燃烧的反应速度：通常用单位时间单位体积内消耗的燃料量或者氧量来表示。
化学反应速度既可以用反应物浓度的减少来表示，也可以用生成物浓度的增加来表 示。
但均取正值。
W=±d C / dτ3、 什么是简单反应、复杂反应、总包反应？答：简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应。
（也叫基元反应）复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是通过生成中间产物的许多反应步骤来完成的反应，其中每一步反应也称为基元反应。
总包反应，也称为总的化学反应，整体化学反应，是一系列若干基元反应的物质平衡结果，不代表实际的反应历程，是经过各个基元反应过程后的终极结果。
4、 质量作用定律的适用范围？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。
答：①反应应为简单反应②严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。
③对于多相反应，仅考虑气相物浓度，对于固相或液相物质蒸汽分压不考虑。
按质量作用定律，如果反应方程式是aA+bB=cC+dD（简单反应）则反应速度和反应物浓度[A][B]成如下关系： W =k[A]a [B]b即：当温度不变时，某化学反应的反应速度与该瞬间各反应物浓度的幂的乘积成正比，如果该反应按照某化学反应方程式一步完成（简单，基元反应），则每种反应物浓度的方次即等于化学反应方程式中的反应比例常数。
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。
第4讲 燃气燃烧的火焰传播
S n ∝ T01.5~ 2
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燃气燃烧与应用
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第三节影响火焰传播速度的因素 温度影响：
火焰温度
♦ 加速明显 ♦ 机理复杂
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第三节影响火焰传播速度的因素 压力影响：
反应速度加快 压力 上升 密度增大，热容增加。
Sn ∝ p
(n − 2 ) 2
n<2: 压力↑ 传播速度↓ n>2: 压力↑ 传播速度↑ 压力↑ 燃烧强度↑
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燃气燃烧与应用
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第三节影响火焰传播速度的因素 添加气影响：
改变物理性 质，或起催 化作用； 范例： CO+H2O
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燃气燃烧与应用
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第三节影响火焰传播速度的因素 添加气影响：
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第二节法向火焰传播速度的测定 法向火焰传播速度的测定：
静力法：可燃混合物静止，火焰运动
♦ 管子法 ♦ 皂泡法
动力法：可燃混合物运动，火焰静止
♦ 本生火焰法 ♦ 平面火焰法
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燃气燃烧与应用
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第二节法向火焰传播速度的测定 管子法：
气流紊动加剧， 火焰面弯曲 管径 散热影响大， 传播减速 临界直径
管子法：
直观 可见火焰传播速度 受直径影响大
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第二节法向火焰传播速度的测定
本生火焰法： 外锥 内锥 部分 预混 气体
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cos ϕ vn = S n v=
微团的脉动速度小于层流 火焰传播速度
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。
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。
层流火焰传递速度测定
某些碳氢燃料与空气形成的混合气在层流状态下的 火焰传播速度： 燃料品种 可达到的最高火焰传播速度，cm／s 氢 315 乙炔 170 甲烷 33.8 乙烯 68.3 丙烯 43.8 苯 40.7
试验目的
用本生灯法在不同一次空气系数下测量天然气空气混和物的层 流火焰传播速度值。
空气系数
• 在我国及前苏联等国，通过的可燃混合器成分指标是过量空气系 数，常用符号α表示。 • 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。
层流火焰传递速度测定
层流火焰传递速度测定
火焰传播速度：指火焰前锋沿其法线方向相对于未燃可燃混 合气的推进速度。火焰传播速度表征了进行燃烧过程的火焰前锋 在空间的移动速度，是研究火焰稳定性的重要数据之一。其值高 低取决于可燃混合气本身的性质、压力、温度、过量空气系数、 可燃混合气流动状况(层流或湍流)以及周围散热条件等。当压力 和温度升高、过量空气系数接近于1，或流动状况为湍流时，都有 助于提高火焰传播速度。火焰传播速度实质上表示了单位时间内 在火焰前锋单位面积上所烧掉的可燃混合气数量。为了提高燃烧 设备的燃烧热强度(以减小燃烧设备的尺寸)，必须尽可能提高火 焰传播速度。
转子流量计
天然气
湿式流量计
混合气 本生灯 垂高仪
风机
调节阀 湿式流量计
稳压箱
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。
消防燃烧学实验指导书修改分析解析
试验一 燃气法向火焰传播速度（验证）一、试验目旳1．火焰传播速度（又称燃烧速度）是燃气燃烧旳重要特性之一。
它影响火焰旳稳定性，是燃气燃烧器和燃烧设备旳重要根据，也是鉴定燃气互换性旳基本参数。
2．本试验采用本生火焰法测定燃气旳法向火焰传播速度，规定掌握测定原理、测定措施，理解测定旳操作过程和所需旳仪器设备。
二、试验原理火焰前沿面沿其法线方向朝邻近未燃气体移动速度称作法向火焰传播速度。
法向火焰传播速度仅与可燃混合气体旳物理化学性质有关，决定法向火焰传播速度值旳基本量有：燃气成分、可燃混合气体旳预热温度以及燃气与氧化剂混合浓度。
运用本生火焰法测定法向火焰传播速度是一种应用广泛并且较为完善旳措施。
本生火焰有内焰和外焰两部分构成。
当燃烧稳定期，内焰是静止火焰旳焰面，焰面上任意点旳法向火焰传播速度Sn 与该点旳气流速度对焰面旳法向分量Vn 相等。
因此，测出Vn 即可得到Sn 。
实际上内焰并非是一种几何正锥体，焰面各点上旳Sn 也并不相等。
但为了得到比较简朴旳计算公式，可假定焰面上Sn 值不变，内焰为几何正锥体则有： cos n n S V V φ== （1）cos φ=（2）22g a L L LV r rππ+== （3）(1)L L L V Sn α++==（4）其中：L：混合气体流量；h:火焰高度；r：管口半径；Lg：燃气流量；La：空气流量；α：一次空气系数；V：理论空气需要量三、试验仪器燃烧管：用来混合燃气和空气，并使燃气在管口处燃烧。
湿式气体流量计：2台，分别测定燃气和空气流量；空气泵：供应燃烧所需得空气；卡尺：用于测定燃烧管得管口内径；测定仪：放大倍数12X,有效工作距离1－4m，最小读数值0.02mm。
四、测量系统燃气与空气分别通过湿式气体流量计进入燃烧管，根据燃气与空气旳流量以及燃气旳理论空气量可以算出一次空气系数α，可调整空气阀或燃气阀得到不一样得α值。
五、试验环节1．准备工作（1）校正空气和燃气旳流量计（2）按测试系统图连接仪器设备（3）进行气密性试验，打开气源阀门，关闭燃烧管上燃气阀门，规定5分钟流量计指针不动。
解释用本生灯法测试层流火焰传播速度的机理
解释用本生灯法测试层流火焰传播速度的机理本生灯法是一种常用于测试层流火焰传播速度的实验方法。
其基本原理是通过观察火焰在可燃气体中的传播速度，来确定可燃气体的燃烧特性。
在本生灯法中，可燃气体通过本生灯的喷嘴喷出，形成一个层流火焰。
火焰的传播速度可以通过测量火焰前锋在可燃气体中的移动速度来确定。
具体来说，本生灯法通常包括以下步骤：
1. 准备可燃气体和本生灯：选择需要测试的可燃气体，并将其装入实验装置中。
本生灯通常由一个喷嘴和一个储气罐组成，可以通过调节储气罐的压力来控制可燃气体的流量。
2. 点燃本生灯：将本生灯的喷嘴对准可燃气体，点燃本生灯，形成一个层流火焰。
3. 观察火焰传播速度：通过观察火焰前锋在可燃气体中的移动速度，可以确定火焰的传播速度。
在本生灯法中，火焰的传播速度取决于可燃气体的性质、压力、温度和流量等因素。
通过改变这些因素，可以研究不同条件下火焰传播速度的变化规律，从而深入了解可燃气体的燃烧特性。
本生灯法是一种实验室方法，需要在安全的条件下进行操作。
在实验过程中，应该遵循相关的安全规定，确保实验人员的安全。
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
❖ 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。
❖ 焰面从点火处开始不断向未燃气体方向移动。摄下 火焰面移动的照片，利用胶片走动的速度和影与实 物的转换比例，可求得火焰传播速度Sv。
临界管径
❖ 当管子直径减小到某-数值时，散 热就会相对增加迅速,使火焰在管 中难以传播，则火焰只停留在人 工点火时一端，出现这种状态的 管径称为临界管径。矿工用的安 全灯就是利用这个原理设计的， 即这种灯为了防止火焰传到灯外， 在灯的火焰外包上一层钢丝网， 网格的直径小于临界直径。
各种因素对火焰传播浓度极限的影响如下： 1.燃气在纯氧中着火燃烧时，火焰传播浓度极限
范围将扩大。 2.提高燃气－空气混合物温度，会使反应速度加
快，火焰温度上升，从而使火焰传播浓度极限 范围扩大。
3.提高燃气－空气混合物的压力，其分子间距缩小， 火焰传播浓度极限范围将扩大，其上限变化更为 显著。
4.可燃气体中加入惰性气体时，火焰传播浓度极限 范围将缩小。
（1）颗粒示踪法。
它是在可燃混合气中掺入一种既能闪光、又不 会引起化学反应的细小物质颗粒，例如氧化镁或氧 化氨、硅油烟雾，并连续加以频闪照射。对频闪照 射的粒子进行拍摄，可据此确定气流的流线谱。根 据示踪间歇的距离和频闪速度，可以计算得颗粒在 气流中的运动速度，示踪颗粒运动是与气体质点运 动同步的，颗粒速度即代表该处气流速度。
❖ 只有在圆锥火焰中部才比较真实地代表该混合气参 数下的层流火焰面。
❖ 如气体出口速度分布均匀，则可假定内锥为一几何 正锥体，并认为内锥焰面上各点的Sn均相等。
式中 F0——燃烧器出口截面积； vm——混合物在燃烧器出口处的平均流速； Ff——火焰的内锥表面积。
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本生灯法测定燃气法向火焰传播速度测试
装置
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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 022318v
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
1
1.0、1.1、1.2时的燃气流量。
3、开启燃气阀，调整燃气流量分别为上述5个计算值的近似值（流量值由流量计读出）。
4、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）。
为减少测量误差，对每种情况最好测三次，然后取平均值。
u值。
5、记录室温，计算出
6、环境温度的检测仪器与大气压力检测的仪器由用户自备。
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、思考题
1．液化石油气的最大火焰传播速度是多少？对应的燃气百分数是多少？误差如何？
2．应选定Bensun火焰的哪个面为火焰前沿面？为什么？
喷管口半径： cm 室温：℃当地大气压： kPa
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