Лабораторная работа ТГ-3. Определение нормальной скорости распространения пламени методом Гуи-Михельсона. Содержание работы

Исследование процессов горения газообразного топлива на горелке Бунзена с целью экспериментального определения нормальной скорости распространения пламени.

Общие сведения

Нормальной скоростью распространения пламени ин, м/с, называется скорость движения фронта пламени в направлении, нормальном к его поверхности, по отношению к свежей, еще не сгоревшей смеси. Нормальное распространение пламени имеет место в неподвижных газовоздушных смесях и в ламинарных потоках.

Значение ин определяется физико-химическими свойствами газа и параметрами смеси: составом газа, его концентрацией в смеси, температурой предварительного подогрева газа и воздуха.

Гуи-Михельсон впервые для экспериментального определения ин исследовали пламя бунзеновской горелки (рис. 10.8).

Схема пламени горелки Бунзена

Рис. 10.8. Схема пламени горелки Бунзена: 1 - внутренний конус; 2 - наружный конус

Пламя бунзеновской горелки состоит из внутреннего конуса 1 и наружного 2. Внутренний конус представляет поверхность остановленного фронта пламени, в котором сгорает та часть газа, которая обеспечена первичным воздухом. Остановленный фронт пламени означает, что в каждой точке поверхности внутреннего конуса имеется равенство между скоростью распространения пламени ин, м/с, направленной внутрь конуса, и нормальной составляющей скорости потока цп газовоздушной смеси.

Во внутреннем конусе происходит кинетическое горение, а в наружном - диффузионное за счет вторичного воздуха.

Считая, что внутренний конус является геометрически правильным, ии на поверхности конуса - величина постоянная, а поле скоростей газовоздушной смеси на выходе из горелки равномерное, можно получить следующую формулу для определения нормальной скорости распространения пламени [14]:

где Vr - расход газа, м7с; а' - коэффициент избытка первичного воздуха; V0- теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, м3 возд./м3 газа; Я - высота внутреннего конуса, м; R - внутренний радиус головки горелки, м.

где - объемный расход газовоздушной смеси, м3/с; Vr,

VB - соответственно расход газа и первичного воздуха, м3/с.

Расход первичного воздуха определяется по формуле

Здесь А - объемный коэффициент инжекции, м3 возд./м3 газа, (количество воздуха, подсасываемого 1 м3 газа).

Коэффициент инжекции А зависит от соотношения скоростей истечения газа из сопла ог и движения газовоздушной смеси в горле горелки цсм, а также плотностей газа рг и воздуха рв. На основании анализа закона сохранения энергии можно получить

где

Здесь (р = 0,8-0,85 - коэффициент скорости; р - избыточное давление газа перед соплом, Па; Ар- разность между полным и статическим давлением в смесителе горелки, Па.

Коэффициент инжекции может быть определен также путем анализа газа и газовоздушной смеси на содержание в них кислорода (или азота):

где - содержание кислорода соответственно в газовоздушной смеси и в газе, % (для сжиженных углеводородных газов ).

Описание экспериментальной установки

Газ из баллона 1 через регулятор давления 2 и запорное устройство К1 поступает в газовый счетчик 3 типа ГСБ-400 и далее через запорное устройство К2 подается к горелке Бунзена 4 (см. рис. 10.9). Давление и температура газа у счетчика измеряются соответственно Uобразным жидкостным манометром р и лабораторным ртутным термометром Т1. Давление газа перед горелкой устанавливается краном К2. Высота внутреннего конуса измеряется стеклянным цилиндром, имеющим градуировку (на рис. 10.9 не показан). Цена деления 1 мм.

Схема экспериментальной установки

Рис. 10.9. Схема экспериментальной установки:

1 - баллон с газом; 2 - регулятор давления; 3 - газовый счетчик; 4 - горелка Бунзена; 5 - заборная трубочка

Для определения коэффициента инжекции и коэффициента избытка первичного воздуха отбирается проба газовоздушной смеси через заборную трубочку 5 с целью последующего анализа на содержание кислорода. Проба газовоздушной смеси должна отбираться медленно, чтобы возможно меньше нарушать поле скорости потока. Содержание кислорода определяется газоанализатором. Для повышения точности измерения следует применять микробюретку с ценой деления 0,05 м3.

Порядок проведения опыта

  • 1. Открыть вентиль на баллоне сжиженного газа и кран К1, проверить герметичность газовых часов и осуществить продувку всего газового тракта.
  • 2. Зажечь газовую горелку, запорными устройствами К1 и К2 и изменением степени открытия воздушного шибера установить устойчивый режим работы горелки.
  • 3. Включить секундомер и одновременно снять начальное показание газового счетчика Fj.
  • 4. Измерить высоту внутреннего конуса Я, м, снять показания манометровр,р2 и термометра Т1.
  • 5. Отобрать пробу газовоздушной смеси в аспиратор или измерительную бюретку газоанализатора. Аспиратор емкостью 200 м3 следует заполнять не быстрее чем за 4 минуты.
  • 6. Выключить секундомер и одновременно снять конечное показание газового счетчика V2.
  • 7. Измерить температуру воздуха в помещении tB, °С, и барометрическое давление рл, Па.
  • 8. Произвести анализ отобранной пробы газовоздушной смеси на содержание кислорода 0“'. (Анализ пробы газовоздушной смеси на содержание О™ можно производить автоматическим газоанализатором.)
  • 9. Опыт по п.3-8 повторить три раза. Результаты измерений записать в табл. 10.8.

Таблица 10.8

Результаты работы ТГ-3

№ опыта

н

о

п

о

СО

2

tu

°С

1

и

<

0

н

1

й1

II

<

Н,

и

V,

м3

0“,

%

А,

3

м возд

Рп

Па

vH,

м3

мн,

м/с

ин,

м/с

3

м газа

Обработка результатов измерений

1. Привести действительное значение высоты столба рабочей жидкости h U-образного манометра р 1 к нормальным условиям по формуле (3.11) [14]:

2. Подсчитать избыточное давление газа рт, Па, измеряемое жидкостным манометром р, по формуле . Плотность рс

среды (воздуха) над рабочей жидкостью в U-образном манометре для условий опыта равна

3. Определить расход газа V, м3/с, для условий опыта (при tT и рг):

4. Привести действительный расход газа к нормальным условиям:

где рв п - парциальное давление водяных паров, содержащихся в газе; определяется по температуре tT (см. табл. П2.4 приложения 2); tT - температура газа, °С, измеряемая термометром Т1.

5. Подсчитать нормальную скорость распространения пламени по формуле

где А - объемный коэффициент инжекции, вычисляется по формуле

  • (10.12).
  • 6. Определить среднее арифметическое значение мн по результатам трех измерений по формуле (1.12) [14].

Оценка погрешностей измерения нормальной скорости распространения пламени

Максимальная абсолютная погрешность Аин технического измерения нормальной скорости распространения пламени рассчитывается по формуле (1.8) [14]:

где

Максимальная относительная погрешность 5ин технического измерения нормальной скорости распространения пламени ин рассчитывается по формуле (1.9) [14]:

Контрольные вопросы

  • 1. Расскажите о физической сущности процесса распространения пламени.
  • 2. Каким образом регулируется подача первичного воздуха в горелке Бунзена? Каковы основные причины, вызывающие химическую неполноту сгорания?
  • 3. Что такое проскок пламени? Назовите основные мероприятия, предупреждающие проскок пламени в смеситель.
  • 4. Как протекает процесс горения в пламени бунзеновской горелки? Зависит ли нормальная скорость распространения пламени от длины факела?
  • 5. Выведите уравнение, по которому рассчитывается нормальная скорость распространения пламени.
  • 6. Что такое нормальные физические условия? Объясните наличие в формуле приведения действительного расхода газа к нормальным условиям параметра рвл.
  • 7. Что такое фронт пламени? Как изменяется нормальная скорость распространения пламени по фронту пламени бунзеновской горелки?
  • 8. Для каких целей приводят значение высоты столба рабочей жидкости в манометрер к нормальным условиям?
  • 9. Как следует отбирать пробу газовоздушной смеси? Укажите место расположения газозаборной трубки в смесителе.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >