实验目的
　　1.加深对可燃气体爆炸极限浓度和可燃气体火焰传播速度等基本概念的理解，弄清可燃气体火焰的结构，了解预混气火焰传播的机理和特点，以及掌握金属网阻火器的阻火隔爆原理；
　　2.掌握爆炸极限和火焰传播速度等参数的测定方法。
　　
　　实验原理
　　可燃气体与空气的混合气体遇火源发生燃烧时，会产生大量的热，使产物受热、升温、体积膨胀，燃烧剧烈时将会导致爆炸。可燃气体与空气组成的混合气体遇火源能否发生爆炸，与混合气体中可燃气体的浓度密切相关，只有浓度处于爆炸极限浓度范围之内的可燃气体，在空气中才会爆炸。所谓爆炸极限，是指可燃气体与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸的可燃气体的最高或最低浓度（用体积百分数表示）,其中最低浓度称为爆炸下限；最高浓度称为爆炸上限。可燃气体存在爆炸极限的原因是，如果可燃气体的浓度低于爆炸下限浓度，过量空气具有较强的冷却作用和销毁自由基作用，使爆炸反应难以进行；如果可燃气体的浓度高于爆炸上限浓度，空气不足使爆炸反应受到抑制。当可燃气体的浓度处于化学计量浓度附近时，不利于爆炸反应的作用效应最小，爆炸最容易发生且最剧烈。可燃混气的爆炸极限可以用经验公式进行近似计算，也可以用实验的方法测定。
　　火焰（即燃烧波）在预混气中传播，根据气体动力学理论，可以证明存在两种传播方式：正常火焰传播（爆燃）和爆轰。正常火焰传播主要依靠传热（导热）的作用，将火焰中的燃烧热传递给未燃气，使之升温着火，从而使燃烧波在未燃气中传播；爆轰则主要依靠激波的高压作用，使未燃气在近似绝热压缩的条件下升温着火，从而使燃烧波在未燃气传播的现象。
　　点火后，管道中的可燃混气发生的是正常火焰传播还是爆炸（乃至爆轰），取决于很多因素。通过实验发现，在激爆管内实施点火容易实现爆炸，而在燃爆管的开口处点火时可得到正常火焰传播；短管道中的可燃混气不容易实现爆轰，而如果管道足够长，其中的可燃混气终会实现爆轰；在较短的管道中，通过加设挡板等加强可燃混气的湍流强度，可以实现爆轰。
　　火焰在充满可燃混气的管道中传播时，火焰传播速度会受到管壁的散热作用和火焰中自由基在管壁上的销毁作用的影响。正因为阻火器可以增强管壁的散热作用和自由基在固相上的销毁速度，起到阻火隔爆的作用，所以在可能发生燃烧或爆炸的可燃气体流通管路中加设阻火器，以切断燃烧或爆炸火焰的传播途径。一般在高热设备、燃烧室、高温氧化炉、高温反应器等与输送可燃气体、易燃液体蒸气的管线之间，以及易燃液体、可燃气体的容器、管道、设备的排气管上，多用阻火器进行阻火。阻火器一般用多层金属网作消焰元件，这样的阻火器称为金属网阻火器。消焰元件也可用多孔板、波纹金属板、细粒填充层等组成。在使用阻火器时，应经常检修，防止孔眼被堵而造成输气不畅，或受腐蚀使消焰元件损坏。
　　金属网阻火器的阻火隔爆效果受很多因素影响，主要包括：金属网材料、目数和层数等。实验发现：导热系数大的金属网阻火隔爆效果比导热系数小的金属网阻火隔爆效果好；目数大的金属网阻火隔爆效果比相同材料目数小的金属网阻火隔爆效果好；多层金属网阻火隔爆效果比单层金属网阻火隔爆效果好，但目数大的金属网和多层金属网会显著增大气流的流动阻力。
　　火焰传播速度是火焰沿火焰面垂直方向的运动速度。根据火焰余弦定律，可用摄影方法把火焰曲面摄影下来，测出各点的θi角，再用公式计算即可得到火焰传播速度，但方法比较麻烦。还可以通过测定火焰在单位距离传播所需要的时间计算得到火焰传播速度，此种方法较简单。
　　气体火焰根据可燃气与空气混合的时间分为预混火焰和扩散火焰。可燃气与空气预先混合好以后再进行的燃烧称预混燃烧，其火焰称预混火焰；可燃气与空气一边进行混合一边进行的燃烧称扩散燃烧，其火焰称扩散火焰。扩散火焰与预混火焰结构是不相同的。在扩散火焰中由于空气相对不足，燃烧不充分会产生碳粒子，它在高温下辐射出黄色光而使整个火焰呈黄色。空气充足时，典型的预混火焰由两部分组成，内区呈绿色，外区呈紫红色。内区颜色是可燃气与氧气燃烧时的气体辐射所致，外区颜色是燃烧产物在高温下发生微弱的可见光辐射形成的。如果空气相对不足，则在内区未燃烧的可燃气会继续向外扩散，与由大气中扩散进来的氧发生扩散燃烧产生黄色火焰区，这时火焰由三部分构成：绿色内区、紫红色外区和黄色中间区，但黄色区的位置会随着预混气的流动情况而改变。
　　
　　实验装置
　　1.可燃气体爆炸与阻火装置
　　用来测定可燃气体的爆炸极限浓度，以及金属网阻火器的阻火隔爆演示实验。该装置简图如图1所示。
　　（1）气源：包括可燃气源（液化石油气）和助燃气源（空压机供给的压缩空气）。
　　（2）起爆箱：靠4.5V蓄电池供电，由高压发生包将电压转换为高压后输出。
　　（3）流量计台：由管路和玻璃转子流量计等组成。
　　（4）试验台：由测试管、混合系统、分压阻火系统和台架等组成。其中测试管由激爆管、激爆盖、传爆管、燃爆管和阻火试验箱组成；混合系统由第一、第二两个混合器组成；分压阻火系统由垂直分压管和两套阻火装置组成。
　　2.可燃气体爆炸范围测试仪
　　用来测定火焰传播速度和观察气体火焰结构。
　　（1）气源：包括可燃气源（液化石油气）和助燃气源（空压机供给的压缩空气）。
　　（2）起爆装置和流量计控制箱：起爆装置以电容充放电产生足够能量的电火花引燃可燃混气；流量计是玻璃转子流量计，共有三个，分别是空气、可燃气、氧气的流量计，当助燃气是空气时氧气流量计示数为0。
　　（3）系统安全：仪器内设置双单向阀、阻爆器和静爆开关，确保测试工作中的操作安全。
　　（4）玻璃管路：由水平玻璃管路和垂直玻璃管路组成。
　　3.空气压缩机提供压缩空气
　　4.声级计
　　测定可燃气体爆炸噪声级
　　
　　实验内容及方法
　　检查试验台、流量计台、起爆装置、可燃气源和助燃气源是否分开放置，间隔在5米以上。启动空压机，让具有一定压力的空气在管路和实验装置元件中流通，以检查管路和各元件的连接和密封情况，发现连接不紧或密封性差时，应及时处理，在确定无漏气现象存在时，停空压机。将电源接通到起爆箱，在确保周围环境没有可燃气体的情况下操纵起爆箱，以检查火花塞的工作情况，确保其工作准确无误。断开电源开关，将火花塞固定在激爆管上。认真检查实验装置的整体情况，确保燃烧、爆炸安全可靠。在距燃爆管管口6米处放置声级计。
　　1.可燃气体爆炸极限浓度的测定
　　根据经验值先选定助燃气的流量（此后基本保持不变），再选定可燃气流量，使二者达到一定的比例，然后，可燃气体和空气进入试验台，经阻火装置和两个混合器进入测试管，稳定供气10秒后，操纵起爆箱，点燃可燃的混合气体，如果可燃气体的浓度处于爆炸极限范围内，爆炸就会发生，具有一定爆压的激波和爆炸产物冲出管口，在其周围空气中形成相应的响声，记录声级计测出的爆炸噪声级和相应的流量值。通过不断改变可燃气体的流量来调节空气和可燃气的混合比，重复上述操作过程，点火后观察是否能发生爆炸，可得一系列爆炸噪声级和可燃混气的混合比数据，由此可绘制爆炸噪声级随混合比的变化曲线，确定可燃气体的爆炸下限、爆炸上限和最佳混合比。
　　2.阻火实验
　　（1）阻火器对爆轰的作用（隔爆阻火试验）
　　停止供气，火花塞仍然接在激爆管上。打开阻火试验箱盖，插入金属网阻火器，盖上箱盖，并上紧螺钉。向系统连续输送混合比接近最佳混合比的可燃混气，经10秒后操纵起爆箱点火使可燃气爆炸，爆炸的冲击波和爆炸产物冲向阻火实验箱内的阻火片。注意观察管口喷火情况。若不能使燃爆管内的可燃气体爆炸，管口无喷火现象，则说明阻火片能有压阻火；否则，说明不能有压阻火。演示表明一般网格式阻火片不能隔爆阻火。
　　（2）阻火器对正常火焰传播的作用（常压阻火试验）
　　停止供气。将火花塞移至燃爆管开口处，向系统连续输送混合比接近最佳混合比的可燃混气，经10秒后操纵起爆箱点火使可燃气燃烧，火焰将向阻火实验箱传播直至阻火片。若阻火器能阻火，则火焰即停留在阻火片外侧，使阻火片升温，并可听到嗡嗡声；若阻火片不能阻火，则火焰立即或少待后即穿过阻火片向激爆管传播。停止供气。
 
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