Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Топливо и теория горения. Лабораторный практикум
.pdf
21
Лабораторная работа 4
Р и с. 4. Схема пламени горелки Бунзена:
1 – внутренний конус; 2 – наружный конус
R θ φ
H
R
θ
φ
2
1
υ
пот
h
г
Определение нормальной скорости распространения
пламени методом Гюи 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 uн, 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 uн определяется физико-химическими свойствами газа и
параметрами смеси: составом газа, его концентрацией в смеси, температурой предварительного подогрева газа и воздуха.
Гюи и Михельсон впервые для экспериментального определения
uн исследовали пламя бунзеновской горелки (см. рис. 4).
22
Пламя Бунзена состоит из внутреннего конуса 1 и наружного – 2.
п
υ
22
0
г
н
π
)α1(
RHR
VV
U
α
0
V
см
0
г
)α1( VVV
вгсм
VVV
вг
, VV
гв
VAV
г
υ
см
υ
г
ρ
в
ρ
)ρυ/(ρ)υυ(
всмгсмг
A
смсмгг
/ρΔ2υ;/ρ2υ рр
рΔ
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 uн, м/с, направленной внутрь конуса,
и нормальной составляющей скорости потока
, газовоздушной смеси.
Во внутреннем конусе происходит кинетическое горение, а в на-
ружном – диффузионное за счет вторичного воздуха.
Считая, что внутренний конус является геометрически правиль-
ным, uн 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 [1]:
, (9)
где Vг – расход газа, м3/с;
духа;
– теоретическое количество воздуха, необходимого для го-
– коэффициент избытка первичного воз-
рения, м3 возд./м3 газа; Н – высота внутреннего конуса, м; R – внутренний радиус головки горелки, м.
, (10)
где
– объемный расход газовоздушной смеси, м3/с;
– соответственно расход газа и первичного воздуха, м3/с.
Расход первичного воздуха определяется по формуле:
, (11)
Здесь А – объемный коэффициент инжекции, м3 возд./м3 газа,
(количество воздуха подсасываемого 1 м3 газа).
Коэффициент инжекции А зависит от соотношения скоростей ис-
течения газа из сопла
горелки
, а также – плотностей газа
и движения газовоздушной смеси в горле
и воздуха
. На основа-
нии анализа закона сохранения энергии можно получить
, (12)
где
.
Здесь =0,8÷0,85 – коэффициент скорости; р – избыточное дав-
ление газа перед соплом, Па;
– разность между полным и статиче-
23
ским давлением в смесителе горелки, Па.
)О9,20/()ОО(
см
2
г
2
см
2
A
г
2
см
2
О,О
0О
г
2
Р и с. 5. Схема экспериментальной установки:
1 – баллон с газом; 2 – регулятор давления; 3 – газовый счетчик; 4 – горелка
Бунзена; 5 – заборная трубочка
К1
К2
3 5 4
1
2
р1
Т1
р2
h
ном
t1
hг
H
υ
н
h
н
ом
А
В
од
а
h
н
ом
h
2
Коэффициент инжекции может быть определен также путем анализа газа и газовоздушной смеси на содержание в них кислорода (или
азота).
, (13)
где
– содержание кислорода соответственно в газовоздуш-
ной 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. 5).
Давление и температура газа у счетчика измеряются соответственно U-
образным жидкостным манометром р1 и лабораторным ртутным термометром Т1. Давление газа перед горелкой устанавливается краном
24
К2. Высота внутреннего конуса измеряется стеклянным цилиндром,
1
V
2
V
см
2
O
см
2
O
имеющим градуировку (на рис. 5 не показан). Цена деления – 1 мм.
Для определения коэффициента инжекции и коэффициента избыт-
ка 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, про-
верить 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 пока-
зание газового счетчика
.
4. Измерить высоту внутреннего конуса Н, м, снять показания
манометров р1, р2 и термометра Т1.
5. Отобрать пробу газовоздушной смеси в аспиратор или измери-
тельную бюретку газоанализатора. Аспиратор емкостью 200 м3 следует заполнять не быстрее чем за 4 минуты.
6. Выключить секундомер и одновременно снять конечное пока-
зание газового счетчика
.
7. Измерить температуру воздуха в помещении tв, ºС, и баромет-
рическое давление ра, Па.
8. Произвести анализ отобранной пробы газовоздушной смеси на
содержание кислорода
содержание
можно производить автоматическим газоанализато-
. (Анализ пробы газовоздушной смеси на
ром).
9. Опыт по п. 3÷8 повторить три раза. Результаты измерений за-
писать в табл. 5.
25
Таблица 5
№ опыта
h
г
, м вод. ст.
t1,
ºС
ΔV=V
2
– V
1
,
дм
3
Δτ=τ
2
– τ
1
, c
H, м V,
м3/с
см
2
О
,
%
А,
газам
воздм
3
3
рг,
Па
Vн,
м3/с
uн,
м/с
н
u
,
м/с
gtt
hhhh
0
)ρρ(c0 ghр
c
га
вc
15,273
15,273
101325
293,1ρρ
tрр
)Δτ1000/()(
12
VVV
г
в.пгa
н
15,273
15,273
101325
)(
t
рpp
VV
в.п
р
22
н
н
π
)1(
RHR
АV
U
н
u
Результаты работы
tв= … ºC; ра= … Па
Обработка результатов измерений
1. Привести действительное значение высоты столба рабочей
жидкости h U-образного манометра р1 к нормальным условиям по
формуле (3.11) [1]:
.
2. Подсчитать избыточное давление газа рг, Па, измеряемое жид-
костным манометром р1, по формуле
. Плотность ρс
среды (воздуха) над рабочей жидкостью в U-образном манометре для
условий опыта равна
.
3. Определить расход газа V, м3/с, для условий опыта (при tг и рг)
.
4. Привести действительный расход газа к нормальным условиям:
,
где
– парциальное давление водяных паров, содержащихся в га-
зе, определяется по температуре tг (см. табл. П4 Приложения); tг –
температура газа, °С, измеряемая термометром Т1.
5. Подсчитать нормальную скорость распространения пламени по
формуле:
,
где А – объемный коэффициент инжекции, вычисляется по формуле (8).
6. Определить среднее арифметическое значение
по результа-
там трех измерений по формуле (1.12) [1].
26
Контрольные вопросы к лабораторной работе 4
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, пре-
дупреждающие проскок пламени в смеситель.
4. Как протекает процесс горения в пламени бунзеновской горелки?
Зависит ли нормальная скорость распределения пламени от длины факела?
5. Выведите уравнение, по которому рассчитывается нормальная ско-
рость распространения пламени.
6. Что такое нормальные физические условия? Объясните наличие в
формуле приведения действительного расхода газа к нормальным условиям параметра р
7. Что такое фронт пламени? Как изменяется нормальная скорость рас-
пространения пламени по фронту пламени бунзеновской горелки?
8. Для каких целей приводят значение высоты столба рабочей жидко-
сти в манометре р1 к нормальным условиям?
9. Как следует отбирать пробу газовоздушной смеси? Укажите место
расположения газозаборной трубки в смесителе.
в.п
.
Лабораторная работа 5
Устройство и принцип действия лабораторной
газорегуляторной установки (ГРУ)
Описание лабораторной установки
Основу установки (рис. 6) составляет газорегуляторный пункт
шкафного типа, предназначенный для снижения давления газа с высокого или среднего до низкого и поддержания его постоянным.
Опыты на установке проводятся с воздухом, имитирующим газ.
Давление сжатого воздуха (рu=0,3÷0,5 МПа), поступающего от
поршневого компрессора, на входе в ГРУ измеряется образцовым
пружинным манометром 10, после чего поток разветвляется на две
параллельные ветви оборудования ГРУ, каждая из которых оснащена
запорным устройством 1. На схеме рис. 6 показана одна ветка. Воздух
проходит через сетчатый газовый фильтр 2, предохранительный за-
27
порный клапан (ПЗК) 13 типа ПКК-40М и поступает в регулятор давления прямого действия 4 типа РД-32М. В регуляторе происходит
снижение давления воздуха с р1, которое измеряется образцовым
пружинным манометром 14, до р2, измеряемого U-образным жидкостным манометром 15. Воздух конечного давления р2 по трубкам 5
поступает в подмембранные пространства регулятора давления и
предохранительно-запорного клапана. Перепад давления на газовом
фильтре измеряется дифманометром 11. После фильтра воздух может
проходить либо через ПЗК 13, либо минуя его по байпасной линии,
на которой установлен кран 3.
Расход воздуха измеряется газовыми часами 17 (при расходе среды до 0,6 м3/ч), у которых установлены U-образный жидкостный манометр 18 и термометр 19, или диафрагмой 7 с дифманометром (микроманометром) 20.
Выходное давление воздуха р2 контролируется предохранительным запорным клапаном и предохранительным сбросным клапаном
(ПСК) 23. ПСК контролирует только верхний предел, его настраивают на давление, меньшее чем ПЗК, поэтому ПСК срабатывает первым, сброс газа в атмосферу производится через сбросную свечу.
Необходимость в сбросе газа может появиться при неисправности регулятора давления (например, негерметичности закрытая клапана). Если после включения в работу ПСК 23 выходное давление
продолжает расти, что может привести к аварии, то срабатывает ПЗК,
который отключит подачу газа. ПЗК срабатывает и при падении начального давления (точнее, перепада давления р1/р2) газа ниже минимально допустимого. После устранения неисправности включить в
работу ПЗК можно только вручную.
Запорное устройство 9 позволяет имитировать изменение нагрузки газоиспользующей сети. Выпуск воздуха в атмосферу можно осуществлять сразу после запорного устройства 9 или через газовые сопла различной конструкции (на рисунке не показаны) для изучения
работы последних. В этом случае перед каждым соплом необходимо
измерять давление U-образным жидкостным манометром.
Атмосферное давление измеряется барометром, а температура
воздуха внутри помещения – лабораторным ртутным термометром.
28
Р и с. 6. Схема лабораторной газорегуляторной установки:
1, 6, 9, 12, 22 – запорное устройство; 2 – сетчатый газовый фильтр; 3, 8, 16 – кран; 4 – регулятор давления пря-
мого действия; 5 – трубки; 7 – диафрагма; 10, 14 – пружинный манометр; 11, 20 – дифманометр; 13 – предохранительный запорный клапан; 15, 18, 21 – жидкостный манометр; 17 – газовый счетчик (газовые часы); 19 – термометр; 23 – предохранительный сбросный клапан (ПСК)
3 4 5
6
7 8 9
2
11
12
13
14
15
16
18
19
20
17
21
22
23
10 р Δр
р1 h2 hг Δh
tг h
2
*
23
28
29
Порядок включения лабораторной установки
1. Проверить правильность заполнения рабочей жидкостью и ус-
тановки U-образных манометров.
2. Для приведения в рабочее состояние предохранительного запорного клапана 13 отвернуть его пусковую пробку, обеспечив сообщение рабочей камеры клапана с атмосферой.
3. Установить на среднее положение штурвальчик механизма настройки регулятора давления РД-32М.
4. Открыть запорные устройства 1, 12, 6, 22 и 9 для обеспечения
движения воздуха через ГРУ. Краны 3, 16 и 8 закрыть. Если кран 3
открыт, а кран 12 закрыт, то воздух поступит к регулятору давления
по байпасной линии ПЗК.
5. Отключить на период пуска все жидкостные манометры и
дифманометры.
6. Включить привод поршневого воздушного компрессора (выполняет преподаватель).
7. Убедиться во включении в работу оборудования ГРП (проверить наличие воздушной струи на выходе).
8. Завернуть до отказа пусковую пробку предохранительного запорного клапана.
9. Включить все измерительные приборы и проверить наличие на
них показаний. Если дифманометр 20 не фиксирует перепад давления
на диафрагме, то необходимо открыть кран 16, а кран 6 закрыть, измеряя расход газовыми часами 17 (при Q<0,6 м3/ч).
10. Установить соответствующий режим работы установки (по
указанию преподавателя) и после наступления установившегося режима проводить измерения параметров.
11. После выполнения работы выключить привод поршневого
компрессора.
При проведении экспериментальных исследований следует пом-
нить и строго соблюдать правила инструкции по технике безопасности.
Контрольные вопросы к лабораторной работе 5
1. Для каких целей предназначены ГРУ, ГРП и ГРС, в чем их отличие?
2. Из каких основных частей состоит лабораторная газорегуляторная
установка?
3. Изложите порядок включения установки.
4. Назовите измеряемые параметры и средства измерения физических
30
величин, которые используются в настоящей лабораторной установке.
5. Как изменить режим работы установки?
6. Какой режим работы установки называется установившимся?
7. Назовите основные методы измерения физических величин.
8. Как проводится оценка точности результатов технических измере-
ний физических величин?
9. Как производится оценка точности результатов точных измерений
физических величин?
10. Назовите основные средства измерения температуры, давления и
расхода.
Лабораторная работа 6
Настройка регулятора давления РД-32М
Содержание работы
1. Изучение устройства и принципа действия регулятора давле-
ния прямого действия РД-32М.
2. Определение колебания выходного давления (неравномерности
регулирования) при измерении расхода газа Q и построение статической характеристики регулятора р2=f(Q) (при р1=const).
3. Определение пропускной способности регулятора при измене-
нии перепада давления и построение расходной характеристики
Q=f(р1) (при р2=const).
Устройство и принцип действия РД-32М
Предназначен для снижения давления со среднего или высокого
на низкое (900÷3500 Па) у потребителей с расходом газа до 200 м3/ч.
Вентильный корпус регулятора (рис. 7) присоединяют к вертикальному газопроводу накидными гайками 5. Мембранная коробка регулятора должна занимать горизонтальное положение. Для монтажа регулятора на угловом участке газопровода используют ниппель 7, закрывающийся пробкой 6.
Импульс конечного (выходного) давления газа по трубке 10 по-
ступает в подмембранное пространство регулятора и стремится переместить мембрану 1 вверх, но этому противодействует давление. регулируемой пружины 2, поэтому мембрана находится в равновесии.
При увеличении расхода газа его давление за регулятором и в подмембранной полости понижается. Мембрана под действием пружины
2 перемещается вниз и через рычажный механизм 11 отодвигает
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]