2. Opracowanie wyników

a) określenie składu mieszanki paliwowo-powietrznej

𝑟 =

𝑞

𝑔𝑎𝑧

𝑞

𝑔𝑎𝑧

+ 𝑞

𝑝𝑜𝑤

Gdzie:

𝑟 to szukany udział gazu w mieszaninie

𝑞

𝑝𝑜𝑤

strumień objętości powietrza wyrażony w

𝑑𝑚

3

ℎ

𝑞

𝑔𝑎𝑧

strumień objętości gazu palnego wyrażony w

𝑑𝑚

3

ℎ

Aby podstawić powyższe wielkości do wzoru musimy przeliczyć strumień objętości gazu
palnego, ponieważ pomiar był dokowany rotametrem wyskalowanym dla powietrza.

W związku z powyższym prawidłowa wielkość wyrażony w 𝑞

𝑔𝑎𝑧

wynosi:

𝑞

𝑔𝑎𝑧

= 𝑞

𝑔𝑎𝑧

′

∙ √

𝜌

𝑝𝑜𝑤

𝜌

𝑔𝑎𝑧

Gdzie:

𝑞

𝑔𝑎𝑧

strumień objętości gazu palnego wyrażony w

𝑑𝑚

3

ℎ

𝑞′

𝑔𝑎𝑧

strumień objętości gazu palnego zmierzony rotametrem dla powietrza wyrażony w

𝑑𝑚

3

ℎ

𝜌

𝑝𝑜𝑤

gęstość powietrza wyrażona w

𝑘𝑔

𝑚

3

𝜌

𝑔𝑎𝑧

gęstość gazu palnego wyrażona w

𝑘𝑔

𝑚

3

Aby obliczyć 𝜌

𝑔𝑎𝑧

obliczam średnią ważoną z gęstości propanu i butanu w temp 20°C w

proporcjach propan 40%, butan 60%

𝝆

𝒈𝒂𝒛

=

40% ∙

𝜌

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛

+ 60%

∙

𝜌

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛

100%

𝜌

𝑝𝑜𝑤

,

𝑘𝑔

𝑚

3

𝜌

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛

,

𝑘𝑔

𝑚

3

𝜌

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛

,

𝑘𝑔

𝑚

3

𝝆

𝒈𝒂𝒛

,

𝑘𝑔

𝑚

3

1,293

1,967*

2,592*

2,342

*

wielkości obliczone wzorem

𝜌 =

𝑀

𝑚𝑜𝑙

𝑉

𝑚𝑜𝑙

w warunkach normalnych

Teraz możemy wyznaczyć strumień gazu

𝒒

𝒈𝒂𝒛

= 𝑞

𝑔𝑎𝑧

′

∙ √

𝜌

𝑝𝑜𝑤

𝜌

𝑔𝑎𝑧

= 18 ∙ √

1,293

2,342

= 13,374

𝑑𝑚

3

ℎ

𝑞

𝑔𝑎𝑧

′

,

𝑑𝑚

3

ℎ

𝜌

𝑝𝑜𝑤

,

𝑘𝑔

𝑚

3

𝜌

𝑔𝑎𝑧

,

𝑘𝑔

𝑚

3

𝒒

𝒈𝒂𝒛

,

𝑑𝑚

3

ℎ

18

1,293

2,342

13,374

Kolejnym etapem będzie wyznaczenie udziału gazu palnego w mieszaninie:

𝒓 =

𝑞

𝑔𝑎𝑧

𝑞

𝑔𝑎𝑧

+ 𝑞

𝑝𝑜𝑤

=

13,374

220 + 13,374

= 0,0573

𝑞

𝑔𝑎𝑧

,

𝑑𝑚

3

ℎ

𝑞

𝑝𝑜𝑤

,

𝑑𝑚

3

ℎ

𝒓, %

13,374

220

5,73%

Granicę zapłonu dla mieszanki propan-butan wyznaczę z wzoru Le Chateliera

𝐿

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

=

100

𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

+

𝑎

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

𝐿

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

=

100

𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

+

𝑎

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

Gdzie

𝐿

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

/𝐿

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

dolna/górna granica zapłonu mieszanki

𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

/𝑎

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

zawartość propanu/butanu w mieszance

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

/𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

dolna/górna granica zapłonu dla danego gazu

𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑎

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

𝐿

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

40%

60%

2,4%

1,9%

9,5%

8,4%

*

Dane zaczerpnięte z tabeli 3.1 zawartej w książce Spalanie i Paliwa pod redakcją Włodzimierza Kordylewskiego

Przykładowe obliczenie dolnej granicy zapłonu mieszanki:

𝐿

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

=

100

𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

+

𝑎

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝐿

𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑢

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

=

100

40

2,4 +

60

1,9

= 2,07%

Otrzymane przez nas 𝒓 = 𝟓, 𝟕𝟑% mieści się w granicach zapłonu.

𝐿

𝑑𝑜𝑙𝑛𝑎

𝐿

𝑔ó𝑟𝑛𝑎

2,07%

8,81%

b) wyznaczenie stopnia wypalenia gazu

𝑤 = (1 −

𝑐

𝑐

100%

) ∙ 100%

Gdzie:

𝑤 to stopień wypalenia gazu w danym punkcie

𝑐 zawartość gazu palnego zmierzona chromatograficznie w danym punkcie płomienia

𝑐

100%

zawartość gazu palnego w świeżej mieszaninie paliwowo powietrznej, zmierzona

chromatograficznie

Przykładowe obliczenie dla odległości 1mm od środka palnika

𝑤 = (1 −

𝑐

𝑐

100%

) ∙ 100% = (1 −

1,772 ∙ 10

−4

2,013 ∙ 10

−4

) ∙ 100% = 11,97%

Odległość od środka palnika x, mm

Stopień wypalenia gazu, %

0

9,19%

1

11,97%

2

23,60%

3

61,96%

4

93,01%

5

97,59%

6

98,33%

7

99,88%

Dla x>8mm zaprzestano pomiarów wielkości c

~~100,00%

Dla odległości od palnika większych niż 8mm zaprzestano pomiarów chromatograficznego
wielkości 𝑐, jednak jak łatwo się domyślić wielkość 𝑐 nieznacznie by się obniżała, co zwiększa
stopień wypalenia gazu. Nie oznacza to jednak, że stopień wypalenia gazu osiągnie 100%.

c) zestawienie zmierzonych i obliczonych wielkości

Strumień objętości gazu palnego zmierzony

rotametrem dla powietrza,

𝑑𝑚

3

ℎ

18

Strumień objętości powietrza,

𝑑𝑚

3

ℎ

20

Zawartość gazu palnego w świeżej mieszance
paliwowo-powietrznej, zmierzona
chromatograficznie

2,013 ∙ 10

−4

Udział gazu palnego w mieszaninie, r

5,73%

Granice zapłonu mieszanki

Od 2,07% do 8,81%

Gęstość mieszanki w temp 20°C

2,342 ,

𝑘𝑔

𝑚

3

3. Wykresy

Wykres 1. Stopień wypalenie gazu w funkcji odległości od środka palnika

Wykres 2. Temperatura w danym punkcie płomienia w funkcji odległości od środka palnika

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

sto

p

ie

ń

wy

p

alenia

, %

odległość od środka palnika, mm

Stopień wypalenia gazu w zależności od odległości od środka

palnika

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Te

m

p

era

tu

ra

, °

C

Odległość od środka palnika, mm

Temperatura w zależności od odległości od środka palnika