Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Специальные вопросы горения

Методическая разработка к лабораторным работам

по курсу «Основы теории горения топлив»

для студентов дневной формы обучения специальностей

101104 – Промышленная теплоэнергетика

Екатеринбург

2005

УДК 662.767:697.3 (031)

Составители В.А. Мунц, В.В. Тюльпа, М. В. Крюков

Научный редактор проф., д-р техн. наук А.М. Дубинин

Поверочный расчет горелочных устройств : методические указания к лабораторным работам по курсу «Основы теории горения топлив» / сост. В.А. Мунц, В.В. Тюльпа, М. В. Крюков. Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005 г. 20 с.

Методической указания полезны студентам при отработке лабораторного практикума по определению скорости нормального распространения пламени, определению времени выгорания одиночных частиц твердого топлива, и определению зерновых характеристик засыпок. В тексте изложены основные сведения то методике и порядке проведения испытаний.

Библиогр.: 4 назв. Рис. 8. Табл. 8.

Подготовлено кафедрами «Промышленная теплоэнергетика» и «Тепловые электрические станции».

Лабораторная работа № 5

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПЛАМЕНИ

Общие сведения

Нормальное горение неподвижной однородной горючей смеси или ее ламинарного потока происходит в слое небольшой толщины, который условно принимается за поверхность и называется фронтом пламени. Линейная скорость перемещения плоского фронта пламени относительно неподвижной горючей смеси называется нормальной скоростью распространения пламени U_н.

Нормальная скорость является основной практической характеристикой горючей смеси, имеющей большое значение при выборе способа сжигания горючих газов и конструирования газогорелочных устройств. Её величина зависит от химического состава смеси, в частности, коэффициента расхода окислителя, от начальной температуры и давления смеси. Для различных газовоздушных смесей U_н составляет от нескольких десятков до сотен сантиметров в секунду.

Рис. 1. Горелка Бунзена

Наиболее распространенный метод определения нормальной скорости распространения пламени в бунзеновской горелке. Горелка представляет собой вертикальную трубку, через которую вытекает ламинарный поток однородной горючей смеси. Если этот поток поджечь, то образуется характерный конус пламени, показанный на рис. 1.

В стационарных условиях, когда фронт пламени неподвижен, проекция вектора скорости W невоспламененного потока на нормаль n к фронту пламени равна и противоположна по направлению нормальной скорости распространения пламени (см. рис. 1). Зная угол φ и величину скорости W в данной точке фронта пламени легко найти U_н.

(1)

Умножив обе части уравнения (1) на величину элементарной площадки пламени dS и учитывая, что произведение dScosφ равно соответствующей величине элементарной площадке d нормальной к вектору скорости W ламинарного потока, получим

Если принять U_н постоянной, то, интегрируя это равенство по всему сечению горелки и по всей поверхности пламени, нетрудно найти

или . (2)

где V  объемный расход смеси, вытекающей из горелки, при давлении и температуре смеси; S_пл  боковая поверхность конуса пламени.

В случае постоянства скорости потока по всему сечению горелки и скорости U_н по всей поверхности пламени, фронт пламени представлял бы собой прямой конус. В действительности нормальная скорость распространения пламени не остается постоянной по всей поверхности фронта пламени. В вершине конуса она увеличивается за счет кривизны пламени, а у основания уменьшается за счет его охлаждения и подсоса воздуха (при 1) из окружающей среды.

На форму фронта пламени большое влияние оказывает профиль скоростей в потоке топливной смеси, который в большинстве случаев описывается уравнением

, (3)

где W_о  скорость по оси трубки; r  текущее значение радиуса; R_o  радиус трубки.

В соответствии с изменением W и U_н по сечению горелки фронт пламени образует криволинейный конус со скругленной вершиной. В нашем случае для определения U_н необходимо использовать формулу (2), где объемный расход смеси, вытекающей из горелки, с учетом ее температуры

. (4)

Здесь  объемы вытекающих из горелки воздуха и газа, взятые по тарировочным графикам Ι и ΙΙ, в зависимости от перепада давлений на измерительной шайбе, см³/с; Т_см – начальная температура смеси, К. Графики ΙΙΙ построены для барометрического давления 745 мм рт. ст. и t = 20С и могут быть использованы без поправок на изменение этих условий в течение года, т.к. ошибка при этом будет незначительной.

Поверхность пламени приближенно принимается равной поверхности прямого конуса.

, (5)

где R_o  радиус кратера горелки, см; h  высота конуса пламени, см.

Коэффициент расхода воздуха определяется по формуле

, (6)

где V^o  теоретически необходимый объем воздуха для полного сгорания одного см³ газа. Для пропан-бутановой смеси в среднем V^о = 26,2 см³/см³.