Płomień jest strefą reakcji chemicznej, w której zachodzi proces utleniania paliwa (spalania). Ze względu na sposób mieszania paliwa z utleniaczem rozróżniamy dwa rodzaje płomienia: Płomień kinetyczny otrzymujemy po wstępnym zmieszaniu przed dyszą palnika paliwa i utleniacza.
Wstępna strefa podgrzewania i inicjacji utleniania paliwa znajduje się przed czołem płomienia. Dalej znajduje się główna strefa reakcji, czyli czoło płomienia. Za nią położona jest strefa popłomienna. Za koniec strefy podgrzewania i inicjacji przyjmuje się punkt, w którym proces utlenienia przebiega samoistnie, bez dostarczania ciepła z głównej strefy reakcji. W czole płomienia, który jest główną strefą reakcji, zachodzą najbardziej intensywne reakcje utleniania.
Przy niedomiarze utleniacza, w płomieniu kinetycznym wytwarza się zewnętrzny stożek typu dyfuzyjnego. Jest to wtórny płomień dyfuzyjny.
Płomień dyfuzyjny to taki, który powstaje w warstwie granicznej między strumieniami gazu palnego i gazowego utleniacza lub pomiędzy strumieniem gazu palnego a otaczającym go nieruchomym gazowym utleniaczem. W obszarze widocznym jako świecąca powierzchnia, zachodzi intensywna reakcja chemiczna. W tym miejscu stosunek dyfundującego strumienia paliwa do strumienia utleniacza przyjmuje wartość stechiometryczną, tj stosunek powietrza do paliwa określa równanie reakcji. W tego typu płomieniu, reakcja spalania jest poprzedzona procesem mieszania, zależącym od praw rządzących dyfuzją w strumieniach gazowych. Ze względu na te zjawiska płomienie dyfuzyjne dzielą się na laminarne oraz turbulentne.
a) laminarne – dyfuzja ma charakter molekularny, płomień jest niewiele szerszy od otworu wylotowego dyszy, zewnętrzna powierzchnia jest wyraźnie zarysowana b) turbulentne – dyfuzja ma charakter turbulentny, płomień jest szerszy niż wylot dyszy paliwowej.
Trudno określić kształt płomienia, jego powierzchnia stale drga i nie da się jednoznacznie określić zarówno jego szerokości jak i wysokości.
Palniki gazowe to urządzenia w pewien sposób kontrolujące spalanie paliwa. Mają za zadanie zmieszać paliwo z utleniaczem przed wylotem dyszy, zapewnić ciągłość reakcji. Palniki są różnej konstrukcji, zależnie od potrzeb. Najczęstsza klasyfikacja:
- palniki zewnętrznego mieszania (dyfuzyjne) – podaje się jedynie paliwo, utleniacz pobierany jest z otoczenia
- palniki wstępnie zmieszanych gazów (kinetyczne) – paliwo zmieszane jest z utleniaczem przed zapłonem, najczęściej przed wylotem dyszy palnika
- palniki kinetyczno-dyfuzyjne – następuje niepełne mieszanie wstępne, część paliwa zmieszana jest z utleniaczem przed podaniem, reszta utleniacza podawana jest oddzielnie.
Schemat układu pomiarowego
Wykaz przyrządów pomiarowych
1. Termopara i cyfrowy miernik temperatury
2. Rotametr
3. Chromatograf
Tabele pomiarowe
x
c
t
w
c100%
qpow
q’gaz
qgaz
r
mm
A
°C
%
A
l/h
l/h
l/h
%
0
1,313 * 10-5
910
2,60
1,348 * 10-5
120
7
5,40
4,30
1
1,101 * 10-5
900
18,32
2
1,065 * 10-5
880
20,99
3
1,001 * 10-5
860
25,74
4
8,747 * 10-6
820
35,11
5
8,175 * 10-6
750
39,35
6
5,343 * 10-6
630
60,36
7
7,153 * 10-6
470
94,69
8
2,471 * 10-7
320
98,17
9
2,131 * 10-7
200
98,42
10
130
11
100
12
70
13
60
1,2
= ′
= 7 ∙ 2,018 = 5,40 /ℎ
5,40
=
+
= 5,40+ 120 = 4,30%
1,313 ∙ 10$%
= 1 − #∙ 100% = 1 −
!""%
1,348 ∙ 10$%# ∙ 100% = 2,60%
Wykresy
w(x)
100
90
80
70
60
, %
50
w
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x, mm
Wykres 1. Zależność stopnia wypalenia gazu w od odległości od środka palnika x
1000
900
800
700
600
500
t, °C
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
x, mm
Wykres 2. Zależność temperatury t od odległości od środka płomienia x Uwagi i wnioski
Stężeniowa granica zapłonu dla propanu wynosi od 2,1 do 9,5 % gazu w powietrzu. Otrzymana wartość 4,3% mieści się zatem w tych granicach. Analizując pierwszy wykres można łatwo dostrzec, że stopień wypalenia gazu zwiększał się wraz z odległością od środka płomienia. Po 4 mm, kiedy nastąpiło przejście z pierwszego stożka do drugiego, charakterystyka stała się bardziej płaska, a następnie gwałtownie wzrastała aż do odległości 7, gdzie nastąpiło wyjście sondy z płomienia. Wyniki dla 8 i 9 mm są do siebie bardzo podobne, gdyż odpowiadają zawartości propanu w powietrzu w pomieszczeniu. Zależność temperatury od odległości od środka płomienia na drugim wykresie maleje wraz ze wzrastaniem odległości. W granicach pierwszego stożka temperatura maleje powoli, a następnie coraz szybciej. Nie zaobserwowano spłaszczenia charakterystyki po wyjściu z płomienia, jak miało to miejsce w pierwszym wykresie. Temperatura spadała aż do odległości 11 mm, gdzie nastąpiła jej stopniowa stabilizacja.