长玻璃管中火焰的传播总 1.docx
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长玻璃管中火焰的传播总1
长玻璃管中火焰的传播
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长玻璃管中火焰的传播
一、实验目的
观察火焰焰面的长玻璃内静止的燃气空气混合物中的传播情况，包括火焰焰面形状、焰面的运动速度，从而增强对火焰传播的认识。
利用该实验还可以观察火焰的稳定、回火、脱火、熄火等现象。
二、实验原理及实验装置
在静止的燃气-空气混合物中，火焰的热量不断地传给未燃的混合气体，使其温度上升而着火燃烧，焰面向可燃气体混合物方面运动。
实验装置见图16-1.
气源可以是液化石油气，也可以是其它可燃气体。
空气可由压缩机供给。
也可以用风机。
在长玻璃管内放置铜丝网，其作用是防止回火。
三、实验方法及步骤
（一）静止燃气-空气混合物中的火焰传播
先打开燃气阀，后打开空气阀少许，使混合气体充满玻璃管。
关闭阀门，然后在点火端点燃，观察火焰焰面及其传播情况。
（二）火焰的稳定、回火、脱火
先打开燃气阀，后打开空气阀少许，使混合气体玻璃管。
然后在点火端点燃，待管内出现火焰前峰停止点火，改变空气阀门大小调节一次空气系数，使火焰峰面清晰。
调节混合气调节阀门，以改变玻璃管中混合气的速度。
1、观察火焰稳定情况
调节混合气调节阀门，使气体速度W等于火焰传播速度μ（W=μ），则火焰基本上稳定在管内的某一位置，火焰稳定。
此时观察火焰前峰情况；它的色泽同本生灯上的小火焰锥色泽相同，为蓝色，前峰面厚度极薄。
前峰面悬于管中不与管壁接触。
2、观察回火情况
调节混合气调节阀，降低气流速度W，使之小于火焰传播速度μ（W<μ），火焰前峰将以（μ-W）的相对速度向上游传播。
直至铜丝网处。
3、观察火焰吹熄情况（脱火）
调节混合气调节阀，加大混合气体流速W，使之大于火焰传播速度μ（W>μ），火焰前峰将以相对速度（W-μ）吹向下游，直到推出管口形成脱火最后被吹熄。
思考题
1、分析火峰面倾斜且成球面状的原因？
2、若用此方法测出火焰传播速度，其数值与法向火焰传播速度有什么区别？
燃气热值测度
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燃气热值测定
一、实验目的及要求，
燃气主要用于燃烧加热，因此燃气热值是燃气工程中要的参数。
在燃气生产、供应及应用过程中，都需要经常测试燃气热值。
测试燃气热值方法有多种，本实验采用水流式热量计测定燃气热值。
要求了解水流式热量计的基本构造及工作原理，掌握水流式热量计的正确操作方法，学会分析影响其测量精度的因素。
二、基本原理
在水流式热量计中，用连续流过热量计的水吸收燃气完全燃烧时所产生的热量，水吸收热量后温度升高。
在稳定工况时，测出相同时间内燃气用量、流过热量计的水量及进、出口水混，即可计算出燃气的高位热值。
在测试过程中，还应测出烟气中水蒸气冷凝产生的凝水量，计算出燃气的低位热值。
三、仪器设备及测试系统
1、水流式热量计（容克式）；
2、湿式气体流量计：
测燃气量，分度值不大于0.02L；
3、水银温度计：
测水温度，量程0～50℃，分度值不大于0.1℃；其它温度计，量程为0～50℃，分度值不大于0.5℃。
4、空气加湿器、燃气加湿器；
5、电子天平：
称量水重；或天平：
最大负荷10kg、分度值不大于5g；
6、大气压力计：
分度值必须不大于10Pa；
7、盛水器：
容积应为5～10L；
8、凝水量筒：
容量为20ml，分度值不大于0.5ml；
9、燃气压力计：
分度值必须不大于1mm；
10、秒表：
分度值必须不大于0.1s；
11、水箱：
容积应大于300L；
12、校正湿式气体流量计的标准容量瓶，其容量应与流量计指针转一周读数相等；
（二）测试系统
测试系统见图14-1.
燃气经过压力调节器调整额定压力，经燃气加湿器进行加湿，在通过湿式气体流量计时，测量燃气压力、温度、流量，然后进入本生灯与空气进行混合后燃烧。
类图气与热量计中水进行热交换，降温后排出。
水从自来水管进入水箱，稳压后流入热量计的恒位水箱，再通过进水调整水量后，进入热量计内，多余水经溢流管流入下水道。
进入热量计的水与燃气燃烧产生的烟气进行热交换后，流入盛容器（在测试准备阶段流入下水道）。
空气经过空气加湿器进行加湿，相对湿度控制在80±5%。
相对湿度通过加湿器上的干、湿球温度计测量（查附表2），通过加湿器上的调节阀门进行调节。
加湿后的空气进入本生灯，与燃气进行燃烧。
四、操作步骤
1、准备
（1）用标准量瓶校正湿式气体流量计得出流量计较正系数f1。
湿式气体流量计中的水湿与室温相差应不大于0.5℃。
（2）根据所测燃气的大致热值范围选择适当的本生灯喷嘴，其尺寸可参考下列数据：
高位热值（MJ/Nm3）
喷嘴直径（mm）
12.6～16.7
2.5
16.7～37.7
2.0
37.7～46.0
1.5
46.0～62.8
1.0
（3）按着水流式热量计测试系统安装热量计、湿式气体流量计、温度计等。
（4）打开进水阀门，向热量计内注水。
此时热量计的出水口切换阀应指向排水口。
进入热量计的水湿应低于室温1.2～2.5℃，每次测试的进水湿度波动必须小于0.1℃。
（5）调节空气加湿器，使空气的相对湿度为80±5%。
（6）检查燃气系统的气密性。
要求在工作压力下，5分钟压力不下降。
（7）排除燃气系统内的空气，点燃本生灯，调节燃气压力达到规定值，调风板使火有清晰的内焰并且稳定燃烧。
（8）将点燃的本生灯装入热量计内，确保本生灯稳定放在热量计的规定位置上。
（9）调节进水调节阀，使热量计的出、进口水温差为8～12℃。
（10）调节烟气阀门，使排烟温度与进水温度相差0～0.2℃，以免烟气带走热量。
运行30分钟后，待进出口不温稳定后（一般要求变化不超过0.5℃），并且冷凝水均匀滴出后，方可进行测定。
2、测定
（1）测出盛水器净重，要求读到克。
（2）当湿式气体流量计指针零时，记录该值V1（填入附表1中），并将凝水量筒放在热量计的凝水出口下，开始进行测定。
（3）当湿式气体流量计指针指向某预定值V1时，并迅速旋转热量计的出水切换阀，使水流入盛水器内，读取进水温度（精确到0.01℃）。
以后，每当湿式气体流量计转过一定体积后（如0.5L），交替地读取进、出口温度（精确到0.01℃），要求读出并记录10次以上进出口水温（t1和t2）。
（4）测定过程持续一定时间后（如燃气用量为10L），迅速将出水切换阀转回测定前位置，记录燃气用量V2.
（5）称量流过热量计的水量W。
（6）重复上述3～5项操作步骤，进行第二次测定，并记录下相应的W、V及t1t2。
（7）当湿式气体流量计指针指向某预定终了值V2时，迅速取出凝水量筒，记录下燃气用量V及凝水量W。
（8）关闭燃气，最后关闭进水阀门，结束测定。
（9）在测试过程中应测以下参数：
大气压力读到134Pa
环境温度读到0.5℃
气体流量计上压力读到10Pa
气体流量计上的温度读到0.5℃
排烟温度读到0.5℃
五、结果计算
1、体积修正系数计算
然气体积换算为标准状态下的体积的换算系数为
F=
·
=
·
式中：
F——燃气体积修正系数；
P——大气压力（Pa）
b——燃气压力（Pa）
S——tg温度下的饱和蒸汽压（Pa），查附表3；
tg——燃气温度（℃）；
f1——流量计较正系数。
2、燃气高热值计算：
=
式中：
Qgw——燃气高热值（KJ/Nm3）；
W——水量（g）
t1、t2——平均进出口水温（℃）；
V——燃气用量（L）；
f2——热量计修正系数。
两次测定燃气高热值的平均值为：
=
高位发热量差值=
100%
当差值超过1%时，应重新测定。
3、燃气低热值计算：
=
-
×103
式中：
QDW——燃气的低位热值，KJ/m3
W——冷凝水量，g；
q——冷凝水汽化潜热，2.512KJ/g；
V——与W对应的燃气用量，L。
思考题：
1、影响燃气热值测定准确性的主要因素是什么？
2、为什么说冷凝水滴出后方可开始测定？
附表1城市燃气热值测试
动量定律仪
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动量定律实验
一、实验目的
1、验证不可压缩流体恒定流的动量方程；
2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素相关性的分析研讨，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理；
3、了解活塞式动量定律实验仪原理构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。
二、实验装置
图1动定律实验装置图
1、供水箱；2、实验台；3、潜水泵；4、水位调节阀；5、恒压水箱；6、管嘴；7、集水箱；8、带活塞测压管；9、带活塞和片的抗冲平板；10、上回水管。
自循环供水装置由离心式水泵水箱组合而成。
水泵的开启，流量大小的调节均由调节器3控制，水流经供水管供给恒压水箱，溢流水经回水管流回蓄水箱5，流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞子和片的抗冲平板9，并以与人射角成90。
的方向离开抗冲平板，抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。
活塞形心水深h，可由测压管8测得，由此可得射流的冲力，即动量力F。
冲击后的弃水经集水箱7汇集后，在经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力并减小摩擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动磨擦减阴技术，其构造如下：
带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图2所示，该图是活塞退出活塞时的分部件示意图。
活塞中心没有一细导水管a，进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。
在平板上没有翼片b，活塞套上没有窄槽c。
工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压内加水。
当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽开大，水流外溢增多，测管内水位降低，水压力减小。
在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。
这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。
由于平板上设有翼片b，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在尚轴向滑移时的静摩擦力。
为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的±5%（约0.5～1mm），活塞在旋转下亦能有效地克服平衡状态。
这表明该装置的灵敏度高达0.5%，亦即活塞轴向动磨擦力不足总动量力的5%。
三、实验原理
恒定总流动量方程为F=pQ（β2v2-β1v1）
取脱离体如图3所示，因滑动摩擦阻力水平分工<0.5%F，可忽略不计，故x方向的动量方程化为
Fx=-pcA=-rhc
D2=pQ（0-β1v1x）
即
β1pQv1x-
rhcD2=0
式中：
h——作用在活塞形心处的水深；
D——活塞的直径
Q——射流流量
V1——射流的速度
β1——动量修正系数。
实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深h。
由给定的管嘴直径d和活塞直径D代入土式，便可率定射流的动量修正系数β1值，并验证动量定律。
其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的水深。
四、实验方法与步骤
1、准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征，作用性能，记录有关常数。
2、开启水泵，打开调速器开关水泵启动2-3分钟后，关闭2～3秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。
3、调整测压管位置待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直，螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。
然后旋转螺丝固定好。
4、测读水位标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上，当测压管内液面稳定后，记下测压度管内液面的标尺读数即h值。
5、测量流量用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于20秒，若用电测仪测流量时，则须在仪器量程范围内，均需重复测三次再取均值。
6、改变水头重复实验逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。
调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按3～5步骤重复进行实验。
7、验证v≠对F2的影响取下平板活塞，使水流冲击到活塞套内，调整好位置，使反射水流的回射角度一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深h，和管嘴作用水H0。
五、实验成果
1、记录有关常数
管嘴内径d=cm活塞直径D=cm
V（nd）
T（s）
Hc（cm）
Q（ml/s）
V（cm/s）
F
βQ×υ
β
高
中
低
六、实验分析与讨论
1、实测β（平均动量修正系数）与公认值（β=1.02～1.05）符合与过滤器？
如不符合，试分析原因。
2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响？
为什么？
3、若通过细导水管的分流，其出流角度与v2相同，对以上受力分析有无影响？
4、滑动摩擦力f为什么可以忽略不计？
试用实验来分析验证f的大小，记录观察结果。
（提示：
平衡时，向测压管内加入或取出1mm左右深的水量，观察活塞及液位变化）。
5、若不为零，会对实验结果带来什么影响？
试结合实验步骤7的结果予以说明。
流量计标定试验装置
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一、实验目的
1、用文丘里流量计、孔板流量计、转子流量计三种计量方法测定流量。
2、测定管路阻力系数。
3、验证并串联管路流量分配规律。
二、实验装置：
1、有机计量水箱2、文丘里管3、孔板流量计4、压显示板5、实验管道6、浮子流量计7、水泵8、塑料水箱9、实验台支架10、实验台面
三、实验原理
1、并联管路的计算原理
由管路计算的基本公式ht=SQ2可得；
S=
式中：
S—阻抗；
ht—测压管水头差；
Q—流量。
总流量Q应为两支管流量Q1和Q2之和，即：
Q=Q1+Q2
对于并联管路，两支管的能量损失相同，均等于两节电间的测压管水头差。
即ht=ht1+ht2
设S为并联管路的总阻抗，S1和S2分别为两支管路的阻抗。
则
Q=
，Q1=
，Q1=
亦即：
S=
，S2=
同时可得：
S=
流量分配公式为：
Q1=Q
Q2=Q
2、文丘里、转子孔板流量计的使用方法：
（1）文丘里流量计：
因喉管作用使前后产生压差，利用该值可求得所流经的流量（压差可由压差板上读出）。
式中其中k为常数
式中Q=k·
其中K为常数K=
d2ρ
（2）转子流量计：
水流自下向上流过转子时，转子受压差推动而上升，在不同流量时平衡于不同位置，过可用转子的位置直接只是流量。
（3）孔板流量计：
流体流过孔板时，孔板前后产生压差，其值随流量而变，两者之间有确定的关系。
因此可通过测量压差来测定流量（其压差有压差板显示），Q按上式求得。
四、实验步骤及要求
1、启动水泵，然后缓慢打两支管阀门，同时适当调整阀门使流量达到一定值。
2、水流稳定后，测读浮子流量计的读值Q1，孔板流量计在差板上显示的数值v及文丘里流量计压差，P1-P2，同时用切换装置及计量水箱定管路的总流量Q’，把上述实验数据填入表格，根据前述公式，计算出S1，S2及S，填入实验报告第一栏。
3、改变控制阀门使总流量Q改变，两支管阀门不动，重新读数，则把实验数据填入2栏。
4、使总流量Q不变，改变支管的控制阀进行读数，并把数据处理结果和浮子流量计进行比较，是否一致，数据填入3栏。
流量测定比较仪实验报告
序号
文丘里流量计
体积法
支管Ⅱ
S
计算值
P1=p2
Q
（m³/s）
Q（m³）
△t（s）
Q’
（m³/s）
P1=p2
Q
（m³/s）
（s2/m5）
Q1
（m³/s）
Q2
（m³/s）
1
2
3
强迫对流换热系数测定仪
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气流横掠单管表面对流换热实验
一、实验目的
1、了解对流放热的实验研究方法；
2、学习测量风速、温度及热量的基本技能；
3、测定空气横掠单管表面的表面传热系数，并将实验数据整理成准则方程式。
二、实验原理
根据牛顿公式，壁面平均表面传热系数h，可由下式计算
h=
W/（m2·℃）
（1）
式中：
Φ：
单位时间对流放热量，W；
A：
试验管有效传热面积，㎡；
tw：
试验管壁面平均温度，℃；
tf：
试验管前后流体平均温度，℃；
根据相似理论，流体受迫外掠物体的表面传热系数h与流速w、物体集合尺寸及流体的物性等因素有关，可整理成下述准则方程式
Nu=cRenprm
（2）
由于本实验中，流体为空气，pr=常数，故式
（2）可简化为：
Nu=cRen（3）
式中：
Nu：
努赛尔准则，Nu=
；
Re：
雷诺准则，Re=
；
d：
实验管外径，m；
w：
实验段来流流速；m/s；
λ：
流体导热系数，W/（m·℃）
v：
流体运动粘度，㎡/s。
准则中的定性温度t=
（tw+tf）
本实验中的任务是测定Nu和Re准则中所包含的各量，如t、w、d、v、λ，用式
（1）求出h后再计算各准则，然后通过数据处理，求得c与n值，从而建立准则方程式（3）
三、实验设备
实验风洞主要由有机玻璃风洞本体构架、风机、试验管、电加热器及热工仪表（水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、电压表以及调压变压器）组成（图1）。
风洞本体包括：
双扭曲线进风口、蜂窝器、金属网、第一测试段、实验段、第二测试段、收缩段、测速段、扩大段等。
在实验段中装有实验管，铜管管壁嵌有4对热电偶以侧壁温，馆内装有电加热器作为热源。
图1实验室风洞简图
1、双扭曲线进风口；2、蜂窝器；3、测试段；4、收缩段；
5、测速段；6、扩大段；7、橡皮接管；8、风机
四、实验步骤
1、先将皮托管与微压计，热点偶遇电位差计接好并校正零点。
连接电加热器、电流表、电压表及调压变压器线路。
经检查确认无误后，准备启动风机。
2、在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，然后根据实验要求开启风机出口挡板，调节风量。
3、根据需要调节变压器，使其在某一定热负荷下（约250w）工作，至壁温达到稳定（壁面热电势在3分钟以内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录电偶电势、电流、电压、空气进出口温度以及倾斜式微压计读数。
4、在测量风压时，若微压计液柱上下摆动，说明风压不稳定，这时可取平均值。
5、本实验在一定热负荷下通过调整风速来改变Nu数和Re数的数值。
为此保持电流、电压、为定值，一次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头、空气进出口温度以及电流表、电压表、电位差计的读数。
6、实验完毕后，先切断试验管加热电源、待实验管冷却后在停风机。
五、实验数据的测量与整理
1、实验管进出口空气温度tf1和tf2的测量，分别采用玻璃管温度计在风洞入口和实验段出口处进行。
2、流速w的测量，采用皮托管在测速段截面中心点进行。
由于测速截面流速分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀度的修正。
W’=
（4）
由式（4）计算出的流速是测速段的流速w’，而式（3）采用的流速是实验段来流速度w。
由连续性方程：
w’A’=wA，可得试验段最面流速w为：
W=
（5）
式中：
A’：
测速段流道截面积，㎡
A：
试验段流通截面积，㎡
图2倾斜式微压计读值示意图
3、壁面温度的测量。
通过切换开关，依次在电位差计上读出壁面上4个热电偶的毫伏值，再在“常用热电值对照表”中查得所对应得温度后，求得4点的平均温度tw，即为壁面温度。
放热系数h由式
（1）计算。
由于电热器所产生的热量Q，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分热量由管壁辐射出去，因此对流放热量Φe为：
Φe=Q-Φε=VI-Φε（6）
式中：
Q=VI为电加热量；
V:
电加热器两端电压[V]；
I：
通过电加热器的电流[A]；
如为功率表直接读电功率；
Φε：
辐射散热量[W]，用下式计算：
Φε=εC0A[（
）4-（
）4]（7）
ε:
试验管表面黑度，见设备规范表；
C0：
黑体辐射系数，C0=5.67[W/（㎡·K4）]；
A：
试管表面积[㎡]；
Tw:
试验管壁面平均温度[K]；
Tf：
空气进出口平均温度[K]；
4、准则方程式的建立。
至此，根据所求得的实验数据，即可求得Re数及相对的Nu数。
对式（3）取对数可得：
lgNu=lgc+nlgRe（8）
可见，将各点的lgNu和lgRe值点在双对数座标图上，可得一条直线。
n值可根据这条直线的斜率求得。
根据直线上任一点的lgNu和lgRe数值求得c值，即：
C=
（9）
至此，准则方程式中各量均已知，因此准则方程式建立，也可以利用最小二乘法直接回归准则方程式。
六、分析与思考：
1、分析讨论影响表面传热系数的因素。
2、为什么要求在实验管壁面温度稳定时记录数据？
3、简述实验的收获和体会。
附表1：
试验设备规范
序号
名称
单位
320试验台※
1
实验段风洞截面尺寸
mm2
320×70
2
测速段风洞截面尺寸
mm2
60×70
3
实验管外径
mm
35
4
实验管有效长度
mm
320
5
电加热器
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