Grzegorz GRZELKA Damian KWIATKOWSKI Przemysław WIŚNIEWSKI Gr.6 wydz. M-E rok : III	NR ĆWICZENIA: 1	DATA WYKONANIA ĆW.: 13-11-2001
	TEMAT: STRUKTURA PŁOMIENIA GAZOWEGO	OCENA:
UWAGI:			PROWADZĄCY: mgr inż. W. Zacharczuk

1.CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia była obserwacja kształtowania się płomienia w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza oraz pomiar rozkładu temperatury i stężeń składników w płomieniu.

2.WSTĘP TEORETYCZNY.

Substancje chemiczne lub mieszaniny, które łato się spalają z udziałem powietrza nazywamy paliwami. Ich produktem spalania są przede wszystkim gazy. Do najważniejszych pierwiastków zawartych w paliwach zaliczamy węgiel i wodór. Pozostałe składniki jak siarka, azot, żelazo, fosfor i inne oraz woda, tp zanieczyszczenia i balast.

Podział paliw:

• ze względu na stan skupienia: ciekłe, stałe i gazowe,

• ze względu na pochodzenie: naturalne i sztuczne,

• ze względu na wartość opałową: nisko- i wysokokaloryczne.

PALIWA GAZOWE.

Podział paliw gazowych:

• naturalne (gaz ziemny, kopalny, gazy płynne),

• sztuczne (gazy miejskie, gaz koksowniczy, produkt zagazowania węgla, wodór)

Ze względu na wartość energetyczną:

• bogate (np. wysokometanowe),

• ubogie (np. zaazotowane).

Według PN-87/C-96001 paliwa gazowe, rozprowadzane wspólną siecią i przeznaczone dla gospodarki komunalnej, dzielą się na następujące grupy:

I - gazy sztuczne (GS),

II - gaz ziemny (GZ),

III - gazy płynne (GPB),

IV - mieszaniny propanbutanu technicznego z powietrzem (GP).

GAZ ZIEMNY.

Gaz ziemny występuje w zewnętrznej części skorupy ziemskiej, zwanej litosferą. Materiałem wyjściowym do powstania gazu ziemnego była substancja organiczna. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan i jego homologi. Gaz w naturze występuje oddzielnie lub w towarzystwie ropy naftowej. Gaz ziemny zawiera zwykle pewną ilość składników niskowęglowodorowych, którymi są głównie azot, dwutlenek węgla, woda, siarkowodór. Składniki te zanim gaz zostanie dopuszczony do użytku muszą zostać usunięte.

Inne gazy otrzymywane są w następujący sposób:

Gaz miejski otrzymuje się w warunkach nisko- i średniotemperaturowego wytlewania węgla, gaz koksowniczy metodą wysokotemperaturowego odgazowania węgla, gaz ze zagazowania węgla otrzymuje się poprzez oddziaływanie na węgiel brunatny lub kamienny mieszaniną pary wodnej z tlenem.

Za paliwo przyszłości uważny jest wodór ze względu na swój „ekologiczny” charakter spalania.

RODZAJE I STRUKTURY PŁOMIENI GAZOWYCH.

Płomień laminarny istnieje wtedy gdy w długim przewodzie, zamkniętym na jednym końcu i wypełnionym nieruchomą mieszaniną palną po zainicjowaniu zapłonu dowolną metodą powstanie fala reakcji, która w postaci płomienia zacznie się przesuwać w stronę zamkniętego końca przewodu. Mechanizm działania jest następujący, po zainicjowaniu reakcji, czyli po podgrzaniu mieszaniny palnej, wzrasta prędkość reakcji. Wydzielające się ciepło nagrzewa sąsiednie warstwy świeżej mieszaniny, w której zacznie się szybka reakcja. Jednocześnie w strefie podgrzewu i reakcji będzie zachodzić dyfuzja świeżej mieszaniny palnej do produktów spalania, a produktów spalania w odwrotnym kierunku. Opisany proces przemieszczania się czoła płomienia, w nieruchomej mieszaninie jest laminarnym procesem spalania.

Przez pojęcie płomienie dyfuzyjne rozumie się takie, które powstają w warstwie granicznej między strumieniami gazu palnego i utleniacza lub pomiędzy strumieniem gazu palnego a otaczającym go nieruchomym utleniaczem. Obszar intensywnej reakcji chemicznej, świecąca powierzchnia, znajduje się w miejscu, w którym stosunek dyfundującego strumienia paliwa do strumienia utleniacza przyjmuje wartość stechiometryczną. W płomieniu dyfuzyjnym chemiczna reakcja spalania jest poprzedzona czysto fizycznym procesem mieszania, który zależy od praw rządzących dyfuzją w strumieniach gazowych. Ze względu na prawa płomienie dyfuzyjne dzielą się na laminarne i turbulentne. Podział taki jest zwłaszcza widoczny przy obserwacji i porównaniu tych rodzajów płomieni w praktyce.

Kinetyczny sposób spalania paliwa polega na wstępnym przygotowaniu mieszanki palnej paliwa i utleniacza, przy czym spalanie zachodzi przy stałym współczynniku nadmiaru utleniacza oraz zadanej temperaturze.

Jeżeli czas procesu jest równy lub większy od czasu reakcji chemicznej, to proces spalania przebiega w obszarze dyfuzyjnym i właściwości paliwa oraz temperatura spalania nie odgrywają dużej roli, natomiast znaczenia ma aerodynamika paliwa i utleniacza, a zwłaszcza procesy dyfuzji. Płomień wstępnie zmieszanego paliwa i utleniacza jest określany mianem płomienia kinetycznego. Płomień kinetyczny powstaje przez wstępne zmieszanie reagentów paliwa i utleniacza przed dyszą palnika w mieszalniku. W płomieniu tym wstępna strefa podgrzewania i inicjacji utleniania paliwa sytuuje się przed czołem płomienia. Dalej jest położona główna strefa reakcji - czoło płomienia, a za nią - strefa popłomienia.

3.TABELA POMIARÓW I OBLICZEŃ, SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO, PRZYKŁADOWE OBLICZENIA I WYKRESY.

r mm	Ilosc działek	T ^oC	c %
0	680	915	89,47368
1	520	880	68,42105
2	464	860	61,05263
3	280	852	36,84211
4	112	798	14,73684
5	16	650	2,105263
6	0,5	480	0,065789
7		280
8		145
9		100
10		65
11		60
12		55

Gdzie: r -odległość termopary od środka płomienia

T -temperatura płomienia w danym miejscu

c -stężenie procentowe zawartości metanu w mieszance

dla 100% nie zużytego metanu ilość działek wynosi 760

4.WNIOSKI.

Po przeprowadzeniu ćwiczenia można stwierdzić, że zmiana temperatury w stosunku do odległości od płomienia jest spowodowana tym, że w płomieniu możemy wyróżnić następujące strefy: główna strefa reakcji (strefa podgrzania i inicjacji utleniania paliwa), czoło płomienia, strefa płomienia. W strefach tych zgodnie z kolejnością temperatura staje się coraz niższa. Wiąże się to również z tym, że im dalej od płomienia tym większa nadwyżka utleniacza i występuje wtedy spalanie niecałkowite. Odczyt temperatury mógł być nieco niedokładny co spowodowane jest tym, że płomień był niezupełnie odizolowany od czynników zewnętrznych, występowała niejednakowa prędkość zasysania mieszanki do dyszy wlotowej oraz termopara użyta do pomiaru była bardzo czuła na zakłócenia zewnętrzne. Malejące stężenie metanu w płomieniu w stosunku do odległości od osi płomienia jest spowodowane przede wszystkim tym, że chromatograf zauważył nadwyżkę powietrza dyfundującego z atmosfery oraz że paliwo na zewnętrznej części płomienia jest już dość ubogie w substancje palne takie jak metan gdyż zostały one już utlenione we wcześniejszej strefie płomienia.

---