燃烧学实验指导书.pdf

燃烧学及燃烧理论实验指导书

一、实验目的

1、了解气体燃料着火与燃烧的基本要素

2、了解不同过量空气系数下气体火焰的特性

3、了解脱火及回火现象

4、掌握气体火焰传播速度的测量方法

二、实验原理

气体火焰是指燃气与空气的混合物燃烧时的反应带。火焰锋面是指混合气体的成分、
温度发生急剧变化的区域。

1、气体燃料着火与燃烧的基本要素有：燃料气体、助燃的氧气及一定的温度。通过隔绝
空气熄灭火焰来证明氧气的助燃是必不可少的。利用室温孔板的导热降低火焰温度使
火焰熄灭；以及利用高温金属点燃混合气体来证明温度是着火与燃烧的基本要素之
一。

2、通过调节空气侧及燃气侧的调节阀门，可改变火焰的长短和预混空气的过量空气系数，
了解不同空气过量系数下气体火焰的特性。

3、通过调节空气侧及燃气侧的调节阀门，在一次过量空气系数α≈1附近，观察脱火及
回火现象。

1）、在混合气体从喷嘴流出、火焰正常燃烧时，气体流速在火焰锋面法向的分速度
等于气体火焰传播速度。在一定范围内，适当地调大与调小混合气体的流速，
可发现火焰的高度也会随之变化，保持气体火焰传播速度等于气体流速在火焰
锋面法向的分速度，可见火焰具有一定的自稳能力。当超出其稳定能力范围后，
就会发生脱火与回火现象；

2）、当喷嘴混合气体流速在火焰锋面法向的分速度大于气体火焰传播速度时，火焰
将无法稳定在石英玻璃管喷嘴位置而向上移动，随之熄灭，该现象称为脱火现
象，也称为吹熄；

3）、当喷嘴混合气体流速小于气体火焰传播速度时，火焰锋面将会向喷嘴内部移动，
该现象称为回火现象。当火焰锋面回火至铜质本生灯体时，由于铜具有良好的
导热性以及一定的热容量(本生灯体壁厚较大)，使得火焰锋面进入本生灯体不
远，即由于温度过低而熄灭，该现象称为淬熄现象。

4、气体火焰传播速度的测量

火焰传播速度是指火焰锋面沿其法线方向朝临近未燃气体移动的速度。气体火
焰的传播速度与混合气体的流态有关。

1）、气体火焰传播的方式

层流火焰传播速度(正常火焰传播速度)：
未燃气体的着火，依靠已燃气体向未燃气体导热(传热)。物性参数，其值的
燃烧学及燃烧理论实验指导书
大小主要取决于混合气体的导热系数。

湍流火焰传播速度(火焰区域移动速度)：
未燃气体的着火，依靠已燃气体和未燃气体混合(传质)。非物性参数，其值
的大小主要取决于混合气体的湍动度。

2）、影响火焰传播速度的因素，除上述以外还有：
混合气体的压力、温度、混合比，背景气体的成分、压力、温度，喷嘴结
构、材质、几何尺寸等。

3）、气体火焰传播速度的测量方法，常用的有两种：玻璃管法与本生灯法。

A、玻璃管法
如图所示，在充满可燃混合气体的玻璃管一端点燃气体，利用定时闪
拍设备获取单位时间火
焰锋面移动的距离，再根
据火焰锋面的面积及玻
璃管的内截面积，即可到
混合气体火焰传播速度。

B、本生灯法
如图所示，当火焰稳定时，混合气体在火焰锋面法向的分速度就等于
气体火焰的传播速度。测
量空气与燃气流量，可得
混合气体流量，根据已知
的喷嘴直径，可计算出混
合气体的流速；再测量火
焰的高度，算出火焰圆锥
投影的半角，即可得到混
合气体在火焰锋面法向
的分速度——气体火
焰传播速度。

三、实验装置

实验装置由空气侧的气泵、调节阀门、转子流量计；燃气侧的气源、减压阀、调节阀门、
转子流量计；混合燃烧部件本生灯及标尺构成。通过调节空气侧及燃气侧的调节阀门，可改
变火焰的长短和空燃比—预混空气的过量空气系数α。

-2-
燃烧学及燃烧理论实验指导书
本生灯（BunsenBurner）是德国化学家本生（R.W.Bunsen）于1850年为装备海德堡大学
化学实验室而发明的预混式燃气加热器具，之前所用的均为扩散式燃气加热器具。本生将其
改进为先让燃气和空气在灯内充分混合，从而使燃气得以燃烧完全，得到无光高温火焰。

当时的本生灯只是燃用煤气，其火焰分为三层：内层为水蒸气、一氧化碳、氢、二氧化
碳和氮、氧的混合物，温度约300℃，称为焰心。中层内煤气开始燃烧，但燃烧不完全，火焰
呈淡蓝色，温度约500℃，称还原焰。外层煤气燃烧完全，火焰呈淡紫色，温度可达800～900℃，
称为氧化焰。

四、实验步骤：

1、实验前准备：
1）、关闭燃气、空气流量计上的调节阀。
2）、启动小型气泵
3）、开启气源总阀

2、气体燃料着火与燃烧的基本要素
1）、开启燃气流量计上的调节阀，当浮子有读数后，点燃本生灯出口气体；
2）、用玻璃容器罩住本生灯，使火焰隔绝空气，在无氧气助燃的情况下窒息而灭；
3）、重新点燃本生灯，缓慢开大空气流量计上的调节阀，使外焰刚好消失；
4）、将室温下的金属孔板自上而下套于火焰，使火焰温度降低而熄灭；
5）、将金属置于本生灯火焰中