ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG o0o THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG 1 Bài 2 Đo vận tốc lan truyền ngọn lửa theo tỉ lệ hòa tr.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG -o0o - THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG Bài 2: Đo vận tốc lan truyền lửa theo tỉ lệ hòa trộn GVHD: ThS Đặng Trung Duẩn Lớp: VL02 – Nhóm: 03 Họ tên sinh viên Mã số sinh viên Cao Hoàng Minh Thư 1912175 Nguyễn Thị Xuân Diệu 1912854 Nguyễn Hoàng Dung 1910929 Nguyễn Hoàng Phúc 1914694 Nguyễn Trung Quân 1914840 TP Hồ Chí Minh, 31 tháng 03 năm 2022 Mục lục Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng Mục đích thí nghiệm .4 Cơ sở lý thuyết Thiết bị thí nghiệm 3.1 Báo cáo kết thí nghiệm 4.1 Mô tả cấu tạo thiết bị thí nghiệm Đo vận tốc lan truyền lửa theo tỉ lệ hòa trộn 4.1.1 Tiến hành thí nghiệm 4.1.2 Xử lí số liệu nhận xét .8 Tài liệu tham khảo 15 Danh mục hình ảnh Hình Vận tốc lan truyền lửa điều kiện áp suất nhiệt độ khí trời cho loại nhiên liệu: Propan, Metan khí than Hình Giản đồ Fuidge thể giới hạn ổn định q trình cháy khí than metan .6 Hình Thiết bị thí nghiệm cháy C551, ông nhựa ống chữ L Hình Mối liên hệ lưu lượng cột đo (cm) lưu lượng thực tế (m3/s) nhiên liệu khơng khí Hình Hệ số hiệu chỉnh K cho hỗn hợp nhiên liệu Propan Butan Hình Đồ thị mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 12 Hình Đồ thị biểu diễn theo sai số đo đạc 14 Hình Đồ thị biểu diễn theo sai số thống kê 15 Danh mục bảng Bảng Tổng hợp số liệu .9 Bảng Sai số thống kê 11 Bảng Sai số đo đạc 12 Bảng So sánh giàu, nghèo nhiên liệu .13 Mục đích thí nghiệm - Xác định tỉ lệ hịa trộn thích hợp nhận xét điều kiện để xảy raa tượng cháy ngược - Xác định vận tốc lửa theo tỉ lệ hòa trộn khác - Vẽ đồ thể quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn Sau so sánh với loại nhiên liệu khác Hình Vận tốc lan truyền lửa điều kiện áp suất nhiệt độ khí trời cho loại nhiên liệu: Propan, Metan khí than Cơ sở lý thuyết Q trình cháy đánh giá định tính thơng qua hình dạng màu sắc lửa Giới hạn ổn định trình cháy bao gồm giai đoạn sau: - Đầu lửa màu vàng (Yellow Tipping) Sự cháy diễn có diện khơng khí, nhiên liệu nhiệt độ thích hợp (đánh lửa) Ta đánh giá cách định tính q trình cháy thơng qua hình dạng màu sắc lửa Quá trình cháy giàu nhiên liệu lửa có màu vàng Khi tăng lượng khơng khí lửa từ màu vàng chuyển sang màu xanh, trình diễn từ gốc đến Trạng thái giới hạn trình chuyển đổi từ vàng sang xanh cịn đầu lửa màu vàng (yellow tipping – YT) Như vậy, trạng thái tới hạn để trì cháy với tỉ lệ hòa trộn vừa đủ cho q trình cháy hồn tồn - Ngọn lửa xanh nâng lên khỏi bề mặt ( Lift-off) Tiếp tục gia tăng lượng khơng khí, lửa có màu xanh hồn tồn Ở tỉ lệ thích hợp, lửa xanh nâng lên khỏi bề mặt ống hòa trộn (lift off – LO) Hiện tượng xảy vận tốc hỗn hợp cháy gần vận tốc lan truyền lửa Nếu tiếp tục gia tăng lưu lượng khơng khí, vận tốc hỗn hợp cháy lớn vận tốc lan truyền lửa, lửa nâng lên khỏi bề mặt bị tắt Đây trạng thái tới hạn trình cháy nghèo nhiên liệu, trạng thái chuyển tiếp để kết thúc cháy - Ngọn lửa cháy ngược (Light back) Hiện tượng lửa cháy ngược (light back) xảy tỉ lệ hòa trộn vượt giá trị tượng tách rời bề mặt lửa (LO) Khi tải nhiệt thấp, tăng lưu lượng khơng khí, vận tốc lan truyền lửa lớn vận tốc chuyển động hỗn hợp cháy Ngọn lửa cháy trạng thái nghèo nhiên liệu có xu hướng chuyển động ngược phía đầu vào để trì q trình cháy Để xác định giới hạn ổn định lửa cần đốt hỗn hợp nhiên liệu khơng khí với tỉ lệ thể tích khác Sau thể tỉ lệ theo tải nhiệt với trạng thái lửa khác (giản đồ Fuidge – ví dụ Hình 1) Hình Giản đồ Fuidge thể giới hạn ổn định trình cháy khí than metan Thiết bị thí nghiệm 3.1 - Mơ tả cấu tạo thiết bị thí nghiệm Bình nhiên liệu: Thiết bị sử dụng nguồn nhiên liệu có thành phần 50% Propan + 50% Butan, nhiệt trị 46 (MJ/m3) Áp suất dư nguồn cung cấp nhiên liệu khí thường khoảng 125 – 380 mm H2O - Nguồn cung cấp điện cho thiết bị hiệu điện 220V 110V - Thiết bị khảo sát cháy C551 bao gồm quạt ly tâm để hút khơng khí từ bên ngồi vào hịa trộn với nhiên liệu Lưu lượng khơng khí, nhiên liệu hiển thị đồng hồ đo lưu lượng - Bộ chế hịa khí, có hình lục giác đều, kết nối với ống dẫn nhiên liệu ống dẫn khơng khí - Bốn ống thép với đường kính tương ứng mm, mm, mm mm, đóng vai trị ống hồ trộn hỗn hợp nhiên liệu khơng khí trước diễn trình cháy đầu đề khảo sát q trình cháy bề mặt - Ống nhựa để quan sát đo vận tốc lan truyền lửa chế độ cháy ngược (light back) - Hệ thống đánh lửa: Là ống thép hình chữ L đặt bugi hộp đánh lửa Hình Thiết bị thí nghiệm cháy C551, ơng nhựa ống chữ L Hình Mối liên hệ lưu lượng cột đo (cm) lưu lượng thực tế (m3/s) nhiên liệu khơng khí Hình Hệ số hiệu chỉnh K cho hỗn hợp nhiên liệu Propan Butan Báo cáo kết thí nghiệm 4.1 Đo vận tốc lan truyền lửa theo tỉ lệ hòa trộn 4.1.1 Tiến hành thí nghiệm - Nối ống nhựa, ống chữ L hệ thống bugi đánh lửa - Đo chiều dài vạch ống làm mốc tính quãng đường cháy - lửa - Thực thí nghiệm: o Nhiều lần với tỉ lệ hòa trộn khác dao động từ 0.5 cm – cm o Thay đổi lưu lượng khơng khí để đạt trạng thái LO Đợi lửa ổn định o Nhấn nút đánh lửa đồng thời tắt van khơng khí nhiên liệu o Đo thời gian lửa cháy vạch xác định 4.1.2 Xử lí số liệu nhận xét ❖ Xử lí số liệu: Từ quãng đường cháy lửa thời gian lửa lan truyền hết qng đường đó, ta tính vận tốc lan truyền lửa: V= s t Lưu Lưu Lưu Lưu lượng lượng lượng lượng Độ Thời gian nhiên nhiên liệu không không dài trung liệu (10^-3 khí khí (10^- (m) bình (cm) m^3/s) (cm) m^3/s) 0.5 0.0085 16 0.1502 0.82 1.11667 0.73442 17.26708 0.6 0.0090 15 0.1416 0.82 0.80333 1.02089 16.11111 0.8 0.0098 15 0.1416 0.82 0.70000 1.17207 14.39655 0.0107 16 0.1502 0.82 0.78667 1.04309 12.42574 1.2 0.0116 15 0.1416 0.82 1.11667 0.73438 11.98718 1.4 0.0124 16 0.1502 0.82 1.31000 0.62605 11.83986 1.6 0.0133 17 0.1588 0.82 1.14000 0.71978 12.14172 1.8 0.0142 18 0.1674 0.82 0.96333 0.85148 12.40658 0.0151 20 0.1845 0.82 0.77333 1.06050 12.45070 Tỉ lệ Tốc độ khơng (m/s) khí/ nhiên liệu Bảng Tổng hợp số liệu Đánh giá sai số Ước lượng tham số tổng thể chung Vì trường hợp chưa biết phương sai () tổng thể chung nên có giả thiết: • Chưa biết độ lệch chuẩn tổng thể chung • Tổng thể chung phải phân bố chuẩn Từ ta sử dụng phân bố t Student’s để ước lượng khoảng tin cậy Ta tính phương sai mẫu hiệu chỉnh dựa công thức: N S2 = (X i =1 i − X )2 N −1 Trong đó, N: số lần đo Tiếp theo, ta tính giá trị độ lệch mẫu hiệu chỉnh: S D = S Ta tính sai số chuẩn trung bình mẫu: S E = S D N Ta chọn độ tin cậy: (1 − )% = 95% Xác suất để tham số tổng thể chung không rơi vào khoảng tin cậy: = 0.05 Ở mức tỉ lệ hòa trộn ta đo lần, vậy, ta có bậc tự n = Tra bảng phân phối student, ta giá trị T0.05(2) = t0.025,2 = 4.3 Từ sai số chuẩn hệ số phân phối student, ta tính sai số: = S E t /2,n−1 Ước lượng khoảng tin cậy: X − X X + Lưu lượng nhiên liệu (cm) Tốc độ trung bình (m/s) 0.5 0.7344 0.6 1.0209 0.8 1.1721 1.0431 1.2 0.7344 (Vi-Vtb) 0.00001 0.00008 0.00012 0.00007 0.00007 0.00029 0.00110 0.00114 0.0000004 0.00129 0.00003 0.00095 0.00002 0.00008 0.00002 Phương sai mẫu hiệu chỉnh S2 Độ lệch mẫu hiệu chỉnh SD Sai số chuẩn SE 0.00010 0.01009 0.00583 0.02507 0.00022 0.01480 0.00854 0.03676 0.00112 0.03350 0.01934 0.08322 0.00113 0.03359 0.01940 0.08345 0.00006 0.00755 0.00436 0.01875 10 1.4 0.6261 1.6 0.7198 1.8 0.8515 1.0605 0.00009 0.00009 0.00000 0.00036 0.00066 0.00005 0.00022 0.00004 0.00044 0.00009 0.00009 0.00956 0.00552 0.02375 0.00053 0.02305 0.01331 0.05726 0.00035 0.01857 0.01072 0.04614 0.00026 0.01597 0.00922 0.03968 Bảng Sai số thống kê Sai số đo đạc V= s V s t s t → = + → V = + V t V s t t s Thời gian lan truyền lửa: Chọn sai số đồng hồ đo t’ = 0.005s Giá trị trung bình thời gian đo nhiều lần: t = t1 + t2 + + tn n Sai số tuyệt đối ứng với lần đo: t1 = t − t1 ; t2 = t − t2 ; ; tn = t − tn Sai số ngẫu nhiên: t = t1 + t2 + + tn n Sai số tuyệt đối phép đo: t = t + t ' Thực tương tự tính sai số đo cho quãng đường lan truyền lửa 11 V Lưu lượng nhiên liệu (cm) Tốc độ trung bình (m/s) 0.5 0.73442 0.01104 0.6 1.02089 0.01827 0.8 1.17207 0.03141 1.0 1.04309 0.03084 1.2 0.73438 0.00958 1.4 0.62605 0.00914 1.6 0.71978 0.02043 1.8 0.85148 0.01869 2.0 1.06050 0.01969 Bảng Sai số đo đạc ❖ Nhận xét: Mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 18 17 Tỉ lệ hòa trộn 16 15 14 13 12 11 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 Vận tốc lửa (m/s) Hình Đồ thị mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 12 Sau làm thí nghiệm, nhận thấy vận tốc lửa phụ thuộc vào tỉ lệ hòa trộn khơng khí nhiên liệu Tỉ lệ hịa trộn lý tưởng (stoichiometric ratio) cho hỗn hợp nhiên liệu gồm 50% Propan 50% Butan khoảng từ 15.6 đến 15.8 Tại tỉ lệ nhiên liệu đốt cháy hồn tồn khơng cịn khơng khí dư Ta tính tỉ số tương đương tỉ lệ hòa trộn với tỉ lệ hòa trộn lý tưởng: Qair Quel = Qair Quel stoich Nếu 1, hỗn hợp gọi nghèo nhiên liệu Vận tốc trung bình (m/s) Tỉ lệ hịa trộn 0.7344 17.2671 1.1069 1.0209 16.1111 1.0328 1.1721 14.3966 0.9229 1.0605 12.4507 0.7981 1.0431 12.4257 0.7965 0.8515 12.4066 0.7953 0.7198 12.1417 0.7783 0.7344 11.9872 0.7684 0.6261 11.8399 0.7590 Bảng So sánh giàu, nghèo nhiên liệu Khi > hỗn hợp nghèo nhiên liệu có nhiều khơng khí (O2 dư) tồn chất pha lỗng, tạo lượng nhiệt hơn, làm cho nhiệt độ lửa thấp tốc độ lan truyền lửa thấp Khi < lượng nhiên liệu đủ nhiều để đốt cháy O2 khơng khí, tạo lượng nhiệt nhiều hơn, làm cho nhiệt độ lửa cao tốc độ 13 lan truyền lửa tăng Tuy nhiên, hỗn hợp giàu nhiên liệu vận tốc lửa lại giảm, do: Một vài loại nhiên liệu bị oxy hóa phần, tạo thành sản phẩm CO lượng nhiệt tạo thấp Một vài loại nhiên liệu không cháy hấp thụ lượng tạo ra, có vai trị chất làm lạnh làm cho nhiệt độ giảm xuống Theo lý thuyết tỉ lệ hòa trộn lý tưởng vận tốc lửa đạt cực đại, nhiên thực tế, vận tốc lửa đạt giá trị cực đại hỗn hợp giàu nhiên liệu khoảng 10%, tỉ lệ hịa trộn thích hợp khoảng 14.4 So sánh với đồ thị lý thuyết loại nhiên liệu khác, ta thấy đồ thị tìm đường từ thực nghiệm có xu hướng giống với đồ thị lý thuyết Tuy nhiên, q trình làm thí nghiệm có sai số mắt đọc, đồng hồ bấm giờ, nên đồ thị có điểm lệch so với xu hướng chung Mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 18 17 Tỉ lệ hòa trộn 16 15 14 13 12 11 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Vận tốc lửa (m/s) Hình Đồ thị biểu diễn theo sai số đo đạc 14 Mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 18 17 Tỉ lệ hòa trộn 16 15 14 13 12 11 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 Vận tốc lửa (m/s) Hình Đồ thị biểu diễn theo sai số thống kê Tài liệu tham khảo • TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG 1, 2016 15 ... số đo đạc ❖ Nhận xét: Mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 18 17 Tỉ lệ hòa trộn 16 15 14 13 12 11 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 Vận tốc lửa (m/s) Hình Đồ thị mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hịa trộn. .. tượng cháy ngược - Xác định vận tốc lửa theo tỉ lệ hòa trộn khác - Vẽ đồ thể quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hịa trộn Sau so sánh với loại nhiên liệu khác Hình Vận tốc lan truyền lửa điều kiện áp suất nhiệt... tỉ lệ hòa trộn 18 17 Tỉ lệ hòa trộn 16 15 14 13 12 11 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Vận tốc lửa (m/s) Hình Đồ thị biểu diễn theo sai số đo đạc 14 Mối quan hệ vận tốc lửa tỉ lệ hòa trộn 18