Курсовая работа: Определение температуры факела исследуемой газовой горелки

                12

                                                                                                   11

                                                                                                  2

                                                                                            2

                                      8

                     13

Рис.4. Схема экспериментальной установки

                                 

1) препаратоводитель; 2) трубопровод; 3) исследуемое пламя; 4) спай термопары находящийся в исследуемом пламени; 5) спай термопары находящийся во льду; 6) осциллограф; 7) направление движения воздуха; 8) направление движения газа; 9) игольчатый клапан; 10) пламегаситель (стружки металла); 11) ротаметр; 12) редуктор; 13) газовый баллон; 14) узел с помощью которого регулируется подач воздуха ; 15) трубопровод.

Распределение температур в факеле исследуемой горелки

                                                           2      5               1  

                                                           5

                                      2        5      3            1

                                     2           5         3            1

          2          5   4     3           1

Рис.5. Экспериментальное распределение температур в факеле исследуемой горелки.

Таблица 1.

			Сечение 2 r, mm T, Cº 5 0 560 3 4,63 650 2 5,69 600 1 6,81 420

Сечение 3 r, mm T, Cº 5 0 650 3 2,38 640 2 4,02 630 1 5,59 420

Сечение 4 r, mm T, Cº 5 0 700 2 2,31 600 1 4,36 420

Из газового баллона (13) газ (пропан-бутан) через редуктор (12) по трубопроводу подавался на игольчатый клапан (9), с помощью которого регулировалась подача газа. После чего газ пройдя через ротаметр (11) и пламегаситель (10) попадал в горелку. Пламегаситель использовался с целью безопасности, для предотвращения эффекта попадания пламени в трубопровод и возгорания газового баллона. Рабочим телом в пламегасителе являлась металлическая стружка (в частности алюминий) с большим коэффициентом теплопроводности.

Конструкция горелки допускала регулировку (14) подачи окислителя (воздуха) в рабочий объем, тем самым достигалось стационарность пламени. Хромель-алюмелевая рабочая термопара (4) устанавливалась на препаратоводитель (1), который позволял перемещать рабочий спай термопары по вертикали и горизонтали с точностью 0,05 см. Второй спай термопары (5) находился при 0º С, чтобы исключить влияние температуры окружающей среды.

Для того чтобы определить структуру факела нами была измерено распределение температур в четырех горизонтальных сечениях. Четко прослеживается наличие малого конуса в пламени горелки.

Сечения выбирались следующим образом: 1-е сечение – у сопла горелки, 2-е сечение – на расстоянии 1/3 от общей длины малого конуса, 3-е сечение - на расстоянии 2/3 от общей длины малого конуса, 4-е сечение – у вершины малого конуса.

Анализируя полученные результаты можно сказать следующее: структура полученного факела аналогична найденной в работе [6].

Геометрически факел представляет собой сужающуюся вверх осесимметричную  структуру. Внутри большого конуса светло-синего цвета наблюдается малый конус насыщенного голубого цвета. У вершины малого (внутреннего) конуса располагается зона желтого свечения, соответствующая найденной в работе [6], разложению тяжелых углеводородов и образованию конденсированной дисперсной фазы углерода (сажи).

Факел стабилен приблизительно до зоны желтого свечения, располагающейся на расстоянии  ¾ длины факела начиная от торца сопла. Данная нестабильность обусловила невозможность получения точных значений температур верхней четверти факела.

По оси факела температура возрастает по мере  удаления от торца сопла и достигает максимума у нижнего края зоны желтого свечения. Далее наши измерения регистрируют падение температуры пламени, таким образом данные по указанной выше причине (нестабильности) мы привести не можем.

Нам представляется, что как и в работе [6], механизм горения у торца сопла носит диффузионный характер. По мере продвижения по факелу, перемешивание окислителя и горючего улучшается и определенную роль начинает играть кинетическая составляющая, что и обуславливает повышение температуры у края зоны желтого свечения. Что касается постоянства температуры внешнего края большого конуса, то она по нашему мнению определяется диффузией окислителя из внешнего воздуха в зону реакции.

Таким образом полученная структура факела по нашему мнению обусловлена режимом диффузионного горения горючего (пропан-бутановая смесь применяемая в бытовой технике и окислителя воздуха) с постепенным увеличением кинетической составляющей (и температуры), которая достигает максимального значения у нижнего края зоны желтого свечения.

ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДУЕМОЙ ГОРЕЛКИ.

Полученные экспериментальные результаты хорошо описывают распределение температур в факеле стационарного пламени. В случае быстропротекающих процессов или нестационарных пламен необходимо получить более высокое временное и пространственное разрешение.

Это может быть достигнуто с помощью применения оптических методов определения температур.

Таким образом нами для получения распределения температур в верхней части пламени предполагается использовать методику предложенную в [8].

Изготовленный в указанной работе прибор и предложенная методика разрешает регистрировать излучение из локального объема факела одновременно на четырех длинах волн. Это с одной стороны разрешает избежать ошибок при случайном попадании одной из рабочих длин волн на длину волны соответствующей линии излучения элемента или в полосу излучения молекулярного спектра.

Таким образом применение указанной методики позволит нам в дальнейшем регистрировать быстропротекающие процессы. И в случае необходимости совместив одну из рабочих длин волн с характеристической линией излучения исследуемой реакции сделать заключение о механизме горения интересующего нас вещества.

Выводы.

1.  Примененная методика измерения температур с помощью термопары дала возможность получить распределение температур в факеле в зоне его устойчивого горения.

2.  Определенное распределение температур в факеле позволяет сделать предположение о диффузионном режиме горения у сопла, и последующим возрастанием роли кинетического режима горения с увеличением расстояния от торца факела, и достижения максимальных температур у нижнего края зоны желтого свечения.

3.  Постоянство температур внешней поверхности факела определяется диффузией кислорода из внешнего воздуха в зону реакции.

4.  Для получения более точных результатов и в частности в верхней части факела, необходимо применять методики определения температур оптическими методами, обладающими большим пространственным и временным разрешением.

Список литературы

1.  Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем. 1980 544 с.

2.  Температурные измерения. Справочник. /Геращенко О.А., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др.: Отв.ред. Геращенко О.А.-Киев: Наукова думка, 1989.-709 с.

3.  Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 328 с.

4.  Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: Наука, 1964.-223 с.

5.  Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982. 296 с.

6.  Гейдон А.Г., Вольфгард Х.Г. Пламя, его структура, излучение и температура. Пер. с англ. –М: Металлург, 1959. -333 с.

7.  Шейндлин А.Е. Излучательные свойства твердых материалов. М.: Энергия, -1974. 350 с.

8.  Трофименко М.Ю. Особенности структуры факела пламени твердых смесевых систем на основе перхлората аммония. Диссертация на соискание степени канд. физ.-мат. наук, Одесса, 1999.