1. Cel ćwiczenia

   - Zapoznanie się ze zjawiskiem spalania paliw gazowych

   - Obserwacja działania palnika gazowego

   - Pomiar rozkładu temperatury i składu mieszanki wewnątrz płomienia

2. Wstęp teoretyczny

   Aby dobrze zrozumieć temat ćwiczenia, należy zapoznać się z podstawowymi pojęciami takimi jak: spalanie, paliwa, zapłon, płomień oraz palniki gazowe

   SPALANIE - egzotermiczna reakcja chemiczna przebiegająca między materiałem palnym lub paliwem a utleniaczem, z wydzieleniem ciepła i światła. Paliwa i utleniacze występują w trzech stanach skupienia: gazowym, ciekłym i stałym. Najbardziej znanym utleniaczem jest tlen.

   PALIWA – substancje chemiczne lub ich mieszaniny, które łatwo spalają się z udziałem powietrza, a produktem ich spalania są przede wszystkim gazy.

   ZAPŁON - jest to spowodowanie reakcji spalania przez lokalne wywołanie intensywnej reakcji chemicznej w mieszance palnej. Zapłony dzielimy na:

   - wymuszony

   - samozapłon

• Płomień – definicja, podziały

  PŁOMIEŃ to fala chemicznej reakcji egzotermicznej rozchodząca się z charakterystyczną dla danej mieszanki palnej prędkością, zwana prędkością propagacji płomienia, czyli inaczej strefa, w której zachodzi proces spalania.

  Podział ze względu na sposób przygotowania mieszaniny palnej:

  - płomień kinetyczny, w którym paliwo i utleniacz zostały wymieszane przed osiągnięciem strefy spalania, a szybkość spalania zależy od kinetyki reakcji chemicznej. Początek podgrzewania i utleniania paliwa znajduje się przed główną strefą reakcji, tzw. Czole płomienia. Koniec tej strefy to miejsce, w którym proces utleniania przebiega bez dostarczania ciepła z czoła płomienia. Reakcje utleniania paliwa zachodzą w czole płomienia. Po głównej strefie znajduję się strefa popłomienna.

  - płomień dyfuzyjny, w którym paliwo i utleniacz mieszają się dyfuzyjnie w warstwie granicznej pomiędzy strumieniami gazu palnego i gazowego utleniacza, a szybkość spalania ograniczana jest szybkością dyfuzji. Reakcja spalania jest poprzedzona mieszaniem strumieni.

  Podział ze względu na charakter przepływu:

  - laminarne

  - turbulentne

• Palniki gazowe

  Zadaniem palnika jest dostarczenie gazu i powietrza oraz tak zmieszać paliwo w taki sposób, aby uzyskać pożądany efekt spalania.

  Rodzaje palników:

  - Powszechnego użytku (kompaktowe)

  - Niskoemisyjne

  - Rozpałkowe

  - Pilotujące

  - Specjalne

  Podział wg sposobu działania:

  - palniki dyfuzyjne – paliwo i powietrze są podawane oddzielnie

  - palniki kinetyczne – mieszanie paliwa i powietrza przed podaniem do komory spalania

  - palniki z niepełnym wstępnym mieszaniem – kinetyczno-dyfuzyjne – część powietrza podawania jest przed dyszą wylotową palnika i tam miesza się z paliwem, druga część podawana jest oddzielnie w komorze spalania na wylocie z palnika

  Podział wg konstrukcji”

  - palnik gazowy inżektorowy – wstępne zmieszanie paliwa i powietrza, które zasysane jest przez gaz wypływający z dyszy paliwowej

  - palnik gazowy nadmuchowy – powietrze podawane przez urządzenie nadmuchowe (3 wersje sposobu działania)

1. Schemat stanowiska

   

   Rysunek 1. Schemat stanowiska

2. Pomiary

   Tabela 1. Pomiar zawartości niespalonego gaz w zależności od temperatury płomienia i odległości sondy od środka palnika

Odległość sondy od środka palnika [mm]	c- zawartość niespalonego gazu [C]	Temperatura płomienia[°C]
0	2,637*10^−4	850
1	1,976*10^−4	860
2	2,072*10^−4	860
3	1,550*10^−4	860
4	1,129*10^−4	810
5	2,845*10^−5	720
6	5,432*10^−6	640
7	3,462*10^−6	480
8	3,132*10^−6	620
9	Brak paliwa	570
10	Brak paliwa	520
11	Brak paliwa	400
12	Brak paliwa	240
13	Brak paliwa	160
14	Brak paliwa	80

c_100% = 2, 714 • 10⁻⁴

1. Opracowanie wyników

Określenie składu mieszanki gazowo- powierzchniowej

$$r = \frac{q_{\text{gaz}}}{q_{\text{gaz}} + q_{\text{pow}}}$$

r – udział gazu w mieszaninie

q_gaz - strumień objętości gazu palnego (dm³/h)

q_pow - strumień objętości powietrza

$$r = \frac{13,32}{13,32 + 220} = 0,057$$

$$q_{\text{gaz}} = {q'}_{\text{gaz}}\sqrt{\frac{\rho_{\text{pow}}}{\rho_{\text{gaz}}}}$$

$$q_{\text{gaz}} = 18\sqrt{\frac{1,293}{2,361}} = 13,32\ dm^{3}/h$$

Wyznaczenie stopnia wypalenia gazu:

$$w = \left( 1 - \frac{c}{c_{100\%}} \right)*100\%$$

gdzie:

w- stopień wypalenia

c – zawartość gazu palnego, zmierzona chromatograficznie w próbce pobranej w danym punkcie płomienia

c_100% – zawartość gazu palnego w świeżej mieszaninie paliwowo-powietrznej, zmierzona chromatograficznie

Przykładowe obliczenia dla pomiaru:

$w = \left( 1 - \frac{0,0002637}{0,0002714} \right)*100\% =$2,837 %

1. Wyniki

   Tabela 2. Wykaz wypalenia gazu w zależności od temperatury płomienia i odległości sondy od środka palnika

Odległość sondy od środka palnika [mm]	Temperatura płomienia[°C]	Wypalenie gazu W [%]
0	850	2,837
1	860	27,192
2	860	23,655
3	860	42,520
4	810	58,401
5	720	89,517
6	640	97,999
7	480	98,724
8	620	98,846
9	570	100
10	520	100
11	400	100
12	240	100
13	160	100
14	80	100

1. Wykresy

   Wykres 1. Zależność wypalenia gazu W od odległości sondy od środka palnika x

Wykres 2. Zależność temperatury płomienia gazu t od odległości x od środka palnika

1. Wnioski

   - Zakładamy, że badany płomień jest laminarny, ma stały kształt oraz jest symetryczny, zakładamy również, że skład paliwa jest niezmienny

   - Temperatura na początku wraz ze wzrostem odległości od palnika rośnie, osiągając swoją maksymalną temperaturę 860^oC w czole płomienia, po czym drastycznie spada do temperatury 80^oC.

   - Pomiary są niedokładne. Wynika to ze zbyt krótkiego czasu pobierania próbek, kiedy płomień nie był ustabilizowany