《工程燃烧学》实验指导书
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《燃烧学》课程教学大纲课程名称:燃烧学课程编号:(英文):(Combustion Theory)学时45学分 2.5课程性质必修课先修课程:工程热力学、传热学、流体力学适用专业:热力发动机、汽车工程、汽车工程、轮机工程、环境工程开课系(所):机械与动力工程学院燃烧与环境技术研究中心开课教师:周校平、张武高、乔信起、范浩杰教材和教学参考资料:教材:《燃烧理论基础》周校平、张晓男.上海交通大学出版社,2001教学参考书:《燃烧学》许晋源、徐通模.机械工业出版社,1990《工程燃烧学》张松寿.上海交通大学出版社,1987杂志期刊:《工程热物理学报》一、本课程的性质、地位、作用和任务燃烧学是热力发动机、热能工程、环境工程等专业的一门主要的技术基础课程。
它的主要任务是通过各个教学环节,运用各种教学手段和方法,使学生对燃烧现象和基本理论的认识。
通过本课程的学习掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。
掌握动力机械工程中气态、液态、固态燃料的燃料特性、燃烧特点和规律,包括着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生成机理等。
通过本课程的学习,能对锅炉、内燃机、涡轮机、火灾、家用炉灶、焊枪等燃烧现象从宏观上能有所认识,微观上能有所解释。
为改进燃烧设备、提高能源利用率、分析有害排放物的生成机理和过程、避免不正常的燃烧现象、控制和降低有害排放物的生成,具有一定的基本理论知识。
为今后从事工程技术工作、科学研究及开拓新技术领域,打下坚实的基础。
二、本课程的教学内容和基本要求(一)燃烧的化学热力学基本知识要点:生成焓、反应焓、燃烧焓(燃烧能)与燃料的热值、高热值与低热值之间的定义及相互关系。
燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算。
过量空气系数、浓度、当量比。
难点:不完全燃烧时的空气量与燃烧产物组分的计算。
(二)燃烧与化学平衡要点:化学反应速度、化学平衡的概念、自由焓与自由能、自由焓与化学平衡的关系。
试验一 燃气法向火焰传播速度(验证)一、试验目旳1.火焰传播速度(又称燃烧速度)是燃气燃烧旳重要特性之一。
它影响火焰旳稳定性,是燃气燃烧器和燃烧设备旳重要根据,也是鉴定燃气互换性旳基本参数。
2.本试验采用本生火焰法测定燃气旳法向火焰传播速度,规定掌握测定原理、测定措施,理解测定旳操作过程和所需旳仪器设备。
二、试验原理火焰前沿面沿其法线方向朝邻近未燃气体移动速度称作法向火焰传播速度。
法向火焰传播速度仅与可燃混合气体旳物理化学性质有关,决定法向火焰传播速度值旳基本量有:燃气成分、可燃混合气体旳预热温度以及燃气与氧化剂混合浓度。
运用本生火焰法测定法向火焰传播速度是一种应用广泛并且较为完善旳措施。
本生火焰有内焰和外焰两部分构成。
当燃烧稳定期,内焰是静止火焰旳焰面,焰面上任意点旳法向火焰传播速度Sn 与该点旳气流速度对焰面旳法向分量Vn 相等。
因此,测出Vn 即可得到Sn 。
实际上内焰并非是一种几何正锥体,焰面各点上旳Sn 也并不相等。
但为了得到比较简朴旳计算公式,可假定焰面上Sn 值不变,内焰为几何正锥体则有: cos n n S V V φ== (1)cos φ=(2)22g a L L LV r rππ+== (3)(1)L L L V Sn α++==(4)其中:L:混合气体流量;h:火焰高度;r:管口半径;Lg:燃气流量;La:空气流量;α:一次空气系数;V:理论空气需要量三、试验仪器燃烧管:用来混合燃气和空气,并使燃气在管口处燃烧。
湿式气体流量计:2台,分别测定燃气和空气流量;空气泵:供应燃烧所需得空气;卡尺:用于测定燃烧管得管口内径;测定仪:放大倍数12X,有效工作距离1-4m,最小读数值0.02mm。
四、测量系统燃气与空气分别通过湿式气体流量计进入燃烧管,根据燃气与空气旳流量以及燃气旳理论空气量可以算出一次空气系数α,可调整空气阀或燃气阀得到不一样得α值。
五、试验环节1.准备工作(1)校正空气和燃气旳流量计(2)按测试系统图连接仪器设备(3)进行气密性试验,打开气源阀门,关闭燃烧管上燃气阀门,规定5分钟流量计指针不动。
第四章预混合气体火焰第四章预混合气体火焰从可燃混合气的制备及燃烧的方式将燃烧现象分成预混合燃烧及扩散燃烧。
预混合燃烧是燃料与氧化剂事先混合成可燃混合气以后才进行燃烧的。
扩散燃烧就是燃料与氧化剂边混合边燃烧。
图2-1 燃烧现象(a)喷灯1观察Bensun火焰的圈顶效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应;燃料浓度对火焰颜色的影响;气流速度对火焰形状的影响等各种火焰现象。
预混合火焰浓度测量2了解本生灯火焰内外锥分离的原理和方法。
测定预混合火焰的稳定浓度界限(回火曲线的绘制) Smithell法火焰分离第四章预混合气体火焰4熟悉和掌握火焰传播速度u 0、火焰行进速度u p 和来流(供气)速度u s 相互之间的关系。
气体燃料的射流燃烧层流火焰传播速度的测量•巩固火焰传播速度的概念,掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和方法。
测定液化石油气的层流火焰传播速度。
•掌握不同的气/燃比对火焰传播速度的影响,测定出不同燃料百分数下火焰传播速度的变化曲线。
第四章预混合气体火焰4.1 概说在低温时由于化学反应速度慢,与扩散及传热相比,它在燃烧过程中所需的时间长,因此,化学反应动力学(即反应速度)对火焰的传播起控制作用(即对燃烧过程其主要作用)。
在高温时则化学反应速度极快而扩散速度与传热却相对是速度慢的环节。
因而,扩散与传热对火焰的传播起着控制作用。
在预混合火焰的传播过程中化学反应速度、扩散、流动、传热等都起着各自的重要的作用。
第四章预混合气体火焰预混合气体的火焰锋面将燃料混合气体与燃料产物分开。
由于燃烧过程是复杂的化学反应过程,通常它是由许多个中间反应过程所组成,因而,在火焰锋面处有许多复杂的、不稳定的、极为活泼的中间产物。
火焰锋面及其前后成分、温度、密度、速度、压力等变量随火焰锋面厚度方向的变化情况,称为火焰的结构。
4.1 概说第四章预混合气体火焰4.2 爆燃与缓燃在燃烧现象火焰的传播速度与其载气流的流速有关。
当预混合气的流速大到有激波出现并同时伴随着燃烧时,在火焰锋面两侧有很大的压力突变,称之为爆燃(爆震波)。
燃烧性能(燃烧热值)试验作业指导书一、试验目的和适用范围本标准规定了在特定条件下匀质建筑制品和非匀质建筑制品主要组成的不然性试验方法。
试验方法的精确性参照附录A.二、执行标准《纺织品的调湿和试验用标准大气》GB 6529-1986《建筑材料不燃性试验方法》GB/T 5464-2010三,检测设备四、基本规定4.1、试样应从代表制品的足够大的样品上制取。
4.2、试样为圆柱形,体积(76±8)m3,直径(450-2)mm高度(50±3)mm.4.3、材料厚度不满足(50±3)mm,可通过叠加该材料的层数和/或调整材料厚度来达到(50±3)mm的试样高度。
4.4、每层材料均在试样架中水平放置,并用两根直径不超过0.5mm 的铁丝将各层捆扎在一起,以排除各层间的气隙,但不应施加显著压力。
松散填充材料的试样应代表实际使用的外观和密度等特性。
4.5、一共测试五组试样。
4.6、试验前,试样应按照EN13238的有关规定进行状态调节。
然后将试样放入+(60±5)℃的通风干燥箱内调节(20~24)h然后将试样置于干燥皿中冷却至室温。
试验前应称量每组试样的质量,精确至0.01g。
五、操作流程5.1、加热炉温度平衡。
5.2、验前应确保整台装置处于良好的工作状态,如空气稳流器整洁畅通插入装置能平稳滑动、试样架能准确位于炉内规定位置。
5.3、试样架悬挂在支承件上。
5.4、将试样架插入炉内,该操作时间不超过5s。
5.5、当试样位于炉内规定位置时,立即启动计时器。
5.6、记录试验过程中炉内热电偶测量的温度5.7、进行30min试验。
5.8、收集试验时和试验后试验样碎裂或掉落的所有的碳化物、灰和其他残屑,同试样一起放入干燥皿中冷却至环境温度后,称量试样的残留质量。
5.9、规定共测五组试样。
六、检测数据分析与判定6.1在试验前和试验后的分别记录每组试样质量并观察记录试验期间试样的燃烧行为。
《燃烧学》实验指导书陈长坤编中南大学土木建筑学院防灾减灾实验室二00五年十一月目录实验一:材料氧指数测定 ........................................ 错误!未定义书签。
实验二:可燃液体闪点燃点测定 (4)实验三:固体材料和燃点测定 (8)实验四:热塑性固体材料燃烧特性测试 ................ 错误!未定义书签。
实验一:材料氧指数测定一.实验目的1.明确氧指数的定义及其用于评价高聚物材料相对燃烧性的原理;2.了解HC-2型氧指数测定仪的结构和工作原理;3.掌握运用HC-2型氧指数测定仪测定常见材料氧指数的基本方法;4.评价常见材料的燃烧性能。
二.实验原理物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。
所谓氧指数(Oxygen index),是指在规定的试验条件下,试样在氧氮混合气流中,维持平稳燃烧(即进行有焰燃烧)所需的最低氧气浓度,以氧所占的体积百分数的数值表示(即在该物质引燃后,能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度)。
作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。
一般认为,OI<27的属易燃材料,27≤OI<32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。
HC-2型氧指数测定仪,就是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分比。
氧指数的测试方法,就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。
点着试样的上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离,试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时,就降低氧浓度,试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时,就增加氧浓度,如此反复操作,从上下两侧逐渐接近规定值,至两者的浓度差小于0.5%。
第一讲重点:燃烧条件、及燃烧空气量的计算。
绪论燃烧学是研究燃烧的发生、发展和熄灭过程的学科。
一.燃烧学的研究内容燃烧的本质;着火机理、熄火机理;气、液、固体可燃物燃烧特性;燃烧技术(工程燃烧学);防灭火技术(消防燃烧学)。
二.燃烧学学习的目的和意义2.1 火的作用火被人类掌握和使用以后,为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。
2.2火的危害火一旦失去控制,造成对国民经济的损失,同时,火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏。
火灾还对社会带来不安定因素。
火灾指的是在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象,包括森林、建筑、油类等火灾以及可燃气和粉尘爆炸。
火灾发生的必要条件:可燃物、空气和火源同时存在。
按火灾损失严重程度可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾三类。
下面是几个典型火灾案例。
1998年1月3日,吉林省通化市东珠宾馆发生火灾。
1999年10月30日,韩国仁川市一幢4层楼的地下卡拉OK厅发生火灾,有57人被烧死,71人被烧伤。
2000年12月25日,洛阳东都商厦火灾。
2002年6月16日,位于海淀区学院路20号的“蓝极速”网吧发生火灾。
火灾烟气的组成:(1)气相燃烧产物;(2)未完全燃烧的液固相分解物和冷凝物微小颗粒;(3)未燃的可燃蒸汽和卷吸混入的大量空气。
火灾烟气中含有众多的有毒有害成分、腐蚀性成分和颗粒物等,加之火灾环境高温、缺氧,导致火灾中很多人因烟气窒息和中毒而死亡。
2.3目的和意义学习研究各种可燃物的着火条件――――防火学习研究物质爆炸规律―――预防爆炸学习研究燃烧、蔓延规律、熄灭―――灭火,减少损失学习研究燃烧烟气特性――――防排烟,减少人员伤亡三、火灾防治措施火灾防治措施有:建立消防队伍和机构、研制各种防灭火设备、制定相关防灭火法规、研究火灾机理和规律及调动社会各界力量投入防灭火。
四、燃烧学的研究对象和方法4.1燃烧学的研究对象燃烧学的主要研究方面:1、燃烧理论的研究。
2、燃烧技术的研究。
燃烧学实验实验指导书1. 实验目的本实验旨在通过对不同物质的燃烧过程进行观察和分析,探究燃烧产物的化学特性和燃烧反应的热学参数,加深对燃烧学原理的理解。
2. 实验仪器及材料•燃烧炉•燃烧样品:纸片、木块、蜡烛等•量热计•硝酸银溶液•纸巾•打火机3. 实验原理燃烧是一种氧化反应,主要有以下化学方程式表示: - 纸片燃烧:C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O - 木块燃烧:C6H10O5 + 6O2 → 6CO2 + 5H2O - 蜡烛燃烧:C25H52 + 38O2 → 25CO2 + 26H2O实验中,我们将观察不同物质的燃烧过程,通过量热计测定其燃烧反应的热变化,进而分析燃烧过程中产生的热能释放和热量转化情况。
4. 实验步骤(注意:操作时需佩戴实验手套和安全眼镜,并在通风良好的实验室内进行。
)4.1 准备工作1.将燃烧炉摆放在平稳的台面上,并确保通风良好。
2.清洁燃烧炉的内胆,并确认燃烧炉底部的钢网完好无损。
3.准备好所需的燃烧样品:纸片、木块和蜡烛。
4.2 纸片燃烧实验1.将一张纸片放在钢网上,并点燃纸片的一角。
2.观察纸片燃烧过程中的现象,并记录下时间。
3.记录纸片燃烧结束后的残留物。
4.3 木块燃烧实验1.将一块适量的木块放在钢网上,并点燃木块表面。
2.观察木块燃烧过程中的现象,并记录下时间。
3.记录木块燃烧结束后的残留物。
4.4 蜡烛燃烧实验1.将蜡烛放在钢网上,并点燃蜡烛顶部的蜡燃料。
2.观察蜡烛燃烧过程中的现象,并记录下时间。
3.记录蜡烛燃烧结束后的残留物。
4.5 量热计测定热变化1.使用纸巾擦干燃烧炉内胆,并放入适量的水。
2.点击量热计的确认键,使其开始记录初始温度。
3.将量热计放入燃烧炉内,使水与燃烧样品充分接触。
4.记录燃烧过程中水的温度变化,并记录下时间。
5.燃烧结束后,停止记录温度,并记录最终温度。
5. 数据记录与分析5.1 燃烧实验观察记录表物质燃烧时间燃烧残留物纸片……木块……蜡烛……5.2 温度变化曲线图将燃烧样品的燃烧时刻和水的温度变化绘制在同一张图上,观察温度变化与燃烧过程之间的关系。
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)。
工程燃烧学课程设计1. 题目及目的本课程设计的题目为“利用工程燃烧学知识设计某型飞行器的燃烧系统”,旨在让学生通过研究燃烧系统的设计以及其对飞行器性能的影响,加深对工程燃烧学的理解与掌握。
2. 背景及意义随着现代工业和交通业的快速发展,燃烧技术作为一门交叉学科,对于实现资源的高效利用、环境的保护以及能源的可持续发展具有重要的意义。
在飞行器方面,燃烧系统的设计对于飞行器的性能和效率具有直接的影响,而新型飞行器的研制则对燃烧技术提出了更高的要求。
通过本课程设计的学习,旨在让学生了解新型飞行器的工程燃烧学相关知识,掌握燃烧系统的设计原理及其优化方法,了解燃烧技术在未来飞行器研制中所面临的挑战和发展方向。
3. 课程设计思路3.1 阶段一:基础学习•学生通过自学资料,掌握燃烧学的相关基础知识,包括燃烧反应、燃烧过程、燃烧系统的组成等。
•学生在了解传统燃烧系统的基础上,学习新型燃烧系统的组成、工作原理以及优化方法。
3.2 阶段二:课程实践•学生设计某型新型飞行器的燃烧系统,包括燃烧器、进气系统、燃油系统等。
•根据设计方案,学生利用计算机模拟及实验验证等方法对燃烧系统进行优化和改进,测试不同方案下飞行器的性能指标和燃烧系统的环境影响。
3.3 阶段三:课程总结•学生对课程实践过程进行总结和反思,形成学习报告及相关图表。
•讲师对学生实践成果进行评估,并为学生提供诊断和建议。
4. 学生评估方法本课程评估主要包括个人学习报告和实践成果两部分。
学生需要按时提交个人学习报告,其中包括研究资料收集、设计思路分析、实践过程记录及总结等,以展示个人的学习成果和思考过程,作为课程学习的个人评估。
实践成果的评估主要根据飞行器的性能指标和燃烧系统的环境影响进行评价,包括燃烧效率、推力、油耗、污染物排放等指标。
实践成果评价占整个课程总评价的70%。
5. 参考资料•“现代燃烧学” 周启泰著,清华大学出版社,2010年•“航空发动机燃烧学” 邹永建著,北京航空航天大学出版社,2015年•“航空发动机燃烧” 机械工业出版社编写,机械工业出版社,2018年6. 结论本课程设计为学生提供了基于工程燃烧学的实践平台,让学生深入理解燃烧技术对飞行器性能和环境影响的重要性。
安全科学与工程学院《工程燃烧学》实验指导书安全工程专业王健编写河南理工大学二〇一一年九月1、实验前必须认真预习实验指导书及实验内容,明确实验目的、步骤、原理、回答实验教师的提问,回答不合要求者,须重新预习,才能进行实验。
2、对规定实验外确属需要的内容,可先提出实验原理和方法,经教师或实验技术人员同意后,方可进行实验。
3、做实验时必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备的操作规程,服从教师和实验技术人员的指导。
4、爱护仪器设备,节约使用材料,使用前详细检查,使用后要整理就位,发现丢失或损坏应立即报告,未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品,不准将任何实验室物品带出室外。
5、实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生,若发生事故应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保持现场,不得自行处理,待指导教师查明原因并排除故障后,方可继续实验。
6、进入实验室后应保持安静,不得高声喧哗和打闹,不准抽烟,不准随地吐痰,不准乱抛纸屑杂物,要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。
7、实验完毕后,经实验室工作人员检查仪器设备、工具、材料及实验记录后方可离开。
8、实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表等。
对不合格要求的实验报告应退回重做。
9、对违反实验规章制度和操作规程、擅自动用与本实验无关的仅器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度按规定处理。
10、在进入实验室前,务必搞好个人卫生,不得将脏物带入室内,有净化要求的实验室,进室必须换拖鞋。
实验一材料的氧指数测定实验 (4)实验二材料的点火温度测定实验 (10)实验一材料的氧指数测定实验一、实验目的1.明确氧指数的定义及其用于评价高聚物材料相对燃烧性的原理;2.了解HC-2型氧指数测定仪的结构和工作原理;3.掌握运用HC-2型氧指数测定仪测定常见材料氧指数的基本方法;4.评价常见材料的燃烧性能。
二、实验内容氧指数的测试方法,就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。
点着试样的上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离。
通过重复多次实验,测试物质试样燃烧所需要的最低氧浓度,即发生熄灭时的氧气含量,即氧指数。
三、仪器设备HC-2型氧指数测定仪(如下图所示)、氧气瓶(充有氧气)、氮气瓶(充有氮气)1—点火器;2—玻璃燃烧筒;3—燃烧着的试样;4—试样夹;5—燃烧筒支架;6—金属网;7—测温装置;8—装有玻璃珠的支座;9—基座架;10—气体预混合结点;11—截止阀;12—接头;13—压力表;14—精密压力控制器;15—过滤器;16—针阀;17—气体流量计。
图1 氧指数测定仪示意图燃烧筒为一耐热玻璃管,高450mm,内径75~80mm,筒的下端插在基座上,基座内填充直径为3~5mm的玻璃珠,填充高度100mm,玻璃珠上放置一金属网,用于遮挡燃烧滴落物。
试样夹为金属弹簧片,对于薄膜材料,应使用140 mm×38mm的U型试样夹。
流量控制系统由压力表、稳压阀、调节阀、转子流量计及管路组成。
流量计最小刻度为0.1l/min。
点火器是一内径为1~3mm 的喷嘴,火焰长度可调,试验时火焰长度为10mm。
四、所需耗材1.材料:纸张2.试样尺寸:每个试样长宽等于(120mm)×(6.5±0.5mm)五、实验原理、方法和手段物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。
所谓氧指数(Oxygen index),是指在规定的试验条件下,试样在氧氮混合气流中,维持平稳燃烧(即进行有焰燃烧)所需的最低氧气浓度,以氧所占的体积百分数的数值表示(即在该物质引燃后,能保持燃烧50mm 长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度)。
作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。
一般认为,OI<27的属易燃材料,27≤OI<32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。
HC-2型氧指数测定仪,就是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分比。
该仪器适用于塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料及各种固体的燃烧性能的测试,准确性、重复性好,因此普遍被世界各国所采用。
氧指数的测试方法,就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。
点着试样的上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离,试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时,就降低氧浓度,试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时,就增加氧浓度,如此反复操作,从上下两侧逐渐接近规定值,至两者的浓度差小于0.5%。
氧指数法是在实验室条件下评价材料燃烧性能的一种方法,它可以对窗帘幕布、木材等许多新型装饰材料的燃烧性能作出准确、快捷的检测评价。
需要说明的是氧指数法并不是唯一的判定条件和检测方法,但它的应用非常广泛,已成为评价燃烧性能级别的一种有效方法。
六、实验步骤1.检查气路,确定各部分连接无误,无漏气现象。
2.确定实验开始时的氧浓度:根据经验或试样在空气中点燃的情况,估计开始实验时的氧浓度。
如试样在空气中迅速燃烧,则开始实验时的氧浓度为18%左右;如在空气中缓慢燃烧或时断时续,则为21%左右;在空气中离开点火源即马上熄灭,则至少为25%。
根据经验,确定该地板革氧指数测定实验初始氧浓度为26%。
氧浓度确定后,在混合气体的总流量为10L/min的条件下,便可确定氧气、氮气的流量。
例如,若氧浓度为26%,则氧气、氮气的流量分别为2.5L/min和7.5L/min。
3.安装试样:将试样夹在夹具上,垂直地安装在燃烧筒的中心位置上(注意要划50mm标线),保证试样顶端低于燃烧筒顶端至少100mm,罩上燃烧筒(注意燃烧筒要轻拿轻放)。
4.通气并调节流量:开启氧、氮气钢瓶阀门,调节减压阀压力为0.2~0.3MPa (由教员完成),然后开启氮气和氧气管道阀门(在仪器后面标注有红线的管路为氧气,另一路则为氮气,应注意:先开氮气,后开氧气,且阀门不宜开得过大),然后调节稳压阀,仪器压力表指示压力为0.1±0.01MPa,并保持该压力(禁止使用过高气压)。
调节流量调节阀,通过转子流量计读取数据(应读取浮子上沿所对应的刻度),得到稳定流速的氧、氮气流。
检查仪器压力表指针是否在0.1Mpa,否则应调节到规定压力,O2+N2压力表不大于0.03Mpa或不显示压力为正常,若不正常,应检查燃烧柱内是否有结炭、气路堵塞现象;若有此现象应及时排除使其恢复到符合要求为止。
应注意:在调节氧气、氮气浓度后,必须用调节好流量的氧氮混合气流冲洗燃烧筒至少30s(排出燃烧筒内的空气)。
5.点燃试样:用点火器从试样的顶部中间点燃(点火器火焰长度为1-2cm),勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。
在确认试样顶端全部着火后,立即移去点火器,开始计时或观察试样烧掉的长度。
点燃试样时,火焰作用的时间最长为30s,若在30s内不能点燃,则应增大氧浓度,继续点燃,直至30s内点燃为止。
6.确定临界氧浓度的大致范围:点燃试样后,立即开始记时,观察试样的燃烧长度及燃烧行为。
若燃烧终止,但在1s内又自发再燃,则继续观察和记时。
如果试样的燃烧时间超过3min,或燃烧长度超过50mm(满足其中之一),说明氧的浓度太高,必须降低,此时记录实验现象记“×”,如试样燃烧在3min和50mm之前熄灭,说明氧的浓度太低,需提高氧浓度,此时记录实验现象记“Ο”。
如此在氧的体积百分浓度的整数位上寻找这样相邻的四个点,要求这四个点处的燃烧现象为“ΟΟ××”。
例如若氧浓度为26%时,烧过50mm的刻度线,则氧过量,记为“×”,下一步调低氧浓度,在25%做第二次,判断是否为氧过量,直到找到相邻的四个点为氧不足、氧不足、氧过量、氧过量,此范围即为所确定的临界氧浓度的大致范围。
7.在上述测试范围内,缩小步长,从低到高,氧浓度每升高0.4%重复一次以上测试,观察现象,并记录。
8.根据上述测试结果确定氧指数OI。
七、实验结果处理1.实验数据记录说明:第二、三行记录的分别是氧气和氮气的体积百分比浓度(需将流量计读出的流量计算为体积百分比浓度后再填入)。
第四、五行记录的燃烧长度和时间分别为:若氧过量(即烧过50mm的标线),则记录烧到50mm 所用的时间;若氧不足,则记录实际熄灭的时间和实际烧掉的长度。
第六行的结果即判断氧是否过量,氧过量记“×”,氧不足记“Ο”。
2.数据处理根据上述实验数据计算试样的氧指数值OI,即取氧不足的最大氧浓度值和氧过量的最小氧浓度值两组数据计算平均值。
3.材料性能评价:根据氧指数值评价材料的燃烧性能。
八、实验注意事项1.试样制作要精细、准确,表面平整、光滑。
2.氧、氮气流量调节要得当,压力表指示处于正常位置,禁止使用过高气压,以防损坏设备。
3.流量计、玻璃筒为易碎品,实验中谨防打碎。
九、预习与思考题1.什么叫氧指数值?如何用氧指数值评价材料的燃烧性能?2.HC-2型氧指数测定仪适用于哪些材料性能的测定?如何提高实验数据的测试精度?十、实验报告要求1.书写工整,内容完整2.实验结果处理要写明处理过程及方法实验二材料的点火温度测定实验一、实验目的1.加深了解着火点的意义;2.了解DW-02型点着温度测定仪的组成;3.掌握着火点测试实验的基本原理;4.掌握DW-02型点着温度测定仪的使用方法。
二、实验内容当固体物质受热时,热解气浓度升高,在外部火源点燃下,出现火焰,并在外部火源去除后,火焰维持燃烧,此时的温度即为该固体物质的着火点。
本实验通过加热炉预热到一定温度后,将锯末装入铜管中放入加热炉中加热,利用点火源对热解气进行点燃,当点燃后去除点火源,并使火焰维持5s以上的燃烧时间,来测定物质的着火点。
三、仪器设备DW-02型点着温度测定仪(如下图所示)、点火器、打火机、镊子、漏斗、秒表图1 DW-02型点着温度测定仪示意图四、所需耗材试样包若干(事先制备,干燥木粉,0.5-1mm粒径,天平称量)五、实验原理、方法和手段在一定温度下,固体可燃物料会挥发或蒸发出一部分的可燃气体或蒸汽,当温度升高到某一数值时,挥发或蒸发出的可燃气体或蒸汽的浓度足够高,以致被明火点燃后能形成持续的火焰(>5s),则能出现这种现象的最低温度即称为着火点。
着火点又称燃点。
对于固体燃料来说,着火点的高低跟表面积的大小、组织的粗细、导热系数的大小等都有关系,颗粒越细,表面积越大,着火点越低;导热系数越小,着火点越低。