《工程燃燒學(xué)》實驗指導(dǎo)書

1、安全科學(xué)與工程學(xué)院工程燃燒學(xué)實驗指導(dǎo)書安全工程專業(yè)王健編寫河南理工大學(xué)二一一年九月1前言1、實驗前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書及實驗內(nèi)容，明確實驗?zāi)康摹⒉襟E、原理、回答實驗教師的提問，回答不合要求者，須重新預(yù)習(xí)，才能進(jìn)行實驗。2、對規(guī)定實驗外確屬需要的內(nèi)容，可先提出實驗原理和方法，經(jīng)教師或?qū)嶒灱夹g(shù)人員同意后，方可進(jìn)行實驗。3、做實驗時必須嚴(yán)格遵守實驗室的規(guī)章制度和儀器設(shè)備的操作規(guī)程，服從教師和實驗技術(shù)人員的指導(dǎo)。4、愛護儀器設(shè)備，節(jié)約使用材料，使用前詳細(xì)檢查，使用后要整理就位，發(fā)現(xiàn)丟失或損壞應(yīng)立即報告， 未經(jīng)許可不得動用與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)備及其它物品，不準(zhǔn)將任何實驗室物品帶出室外。5、實驗時必須注

2、意安全，防止人身和設(shè)備事故的發(fā)生，若發(fā)生事故應(yīng)立即切斷電源，及時向指導(dǎo)教師報告，并保持現(xiàn)場，不得自行處理，待指導(dǎo)教師查明原因并排除故障后，方可繼續(xù)實驗。6、進(jìn)入實驗室后應(yīng)保持安靜，不得高聲喧嘩和打鬧，不準(zhǔn)抽煙，不準(zhǔn)隨地吐痰，不準(zhǔn)亂拋紙屑雜物，要保持實驗室和儀器設(shè)備的整齊清潔。7、實驗完畢后，經(jīng)實驗室工作人員檢查儀器設(shè)備、工具、材料及實驗記錄后方可離開。8、實驗后要認(rèn)真完成實驗報告，包括分析結(jié)果、處理數(shù)據(jù)、繪制曲線及圖表等。對不合格要求的實驗報告應(yīng)退回重做。9、對違反實驗規(guī)章制度和操作規(guī)程、擅自動用與本實驗無關(guān)的僅器設(shè)備、私自拆卸儀器而造成事故和損失的肇事者必須寫出書面檢查，視情節(jié)輕重和認(rèn)識程度

3、按規(guī)定處理。10、在進(jìn)入實驗室前，務(wù)必搞好個人衛(wèi)生，不得將臟物帶入室內(nèi)，有凈化要求的實驗室，進(jìn)室必須換拖鞋。2目錄實驗一材料的氧指數(shù)測定實驗4實驗二材料的點火溫度測定實驗103實驗一材料的氧指數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康?.明確氧指數(shù)的定義及其用于評價高聚物材料相對燃燒性的原理；2.了解 HC-2 型氧指數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；3.掌握運用 HC-2 型氧指數(shù)測定儀測定常見材料氧指數(shù)的基本方法；4.評價常見材料的燃燒性能。二、實驗內(nèi)容氧指數(shù)的測試方法，就是把一定尺寸的試樣用試樣夾垂直夾持于透明燃燒筒內(nèi)，其中有按一定比例混合的向上流動的氧氮氣流。點著試樣的上端， 觀察隨后的燃燒現(xiàn)象， 記錄持續(xù)燃燒時

4、間或燃燒過的距離。通過重復(fù)多次實驗， 測試物質(zhì)試樣燃燒所需要的最低氧濃度，即發(fā)生熄滅時的氧氣含量，即氧指數(shù)。三、儀器設(shè)備HC-2 型氧指數(shù)測定儀（如下圖所示） 、氧氣瓶（充有氧氣）、氮氣瓶（充有氮氣）41點火器； 2玻璃燃燒筒； 3燃燒著的試樣； 4試樣夾； 5燃燒筒支架； 6 金屬網(wǎng)； 7測溫裝置； 8裝有玻璃珠的支座； 9基座架； 10氣體預(yù)混合結(jié)點；11截止閥； 12接頭； 13壓力表； 14精密壓力控制器； 15過濾器；16針閥； 17氣體流量計。圖 1 氧指數(shù)測定儀示意圖燃燒筒為一耐熱玻璃管，高 450mm，內(nèi)徑 75 80mm，筒的下端插在基座上，基座內(nèi)填充直徑為35mm 的玻璃珠

5、，填充高度100mm，玻璃珠上放置一金屬網(wǎng)，用于遮擋燃燒滴落物。試樣夾為金屬彈簧片，對于薄膜材料，應(yīng)使用140 mm×38mm 的 U 型試樣夾。流量控制系統(tǒng)由壓力表、穩(wěn)壓閥、調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計及管路組成。流量計最小刻度為 0.1l/min 。點火器是一內(nèi)徑為 13mm的噴嘴，火焰長度可調(diào)，試驗時火焰長度為10mm。四、所需耗材1.材料：紙張2.試樣尺寸：每個試樣長寬等于（120mm） ×（ 6.5 ±0.5mm）五、實驗原理、方法和手段5物質(zhì)燃燒時 , 需要消耗大量的氧氣 , 不同的可燃物 , 燃燒時需要消耗的氧氣量不同 , 通過對物質(zhì)燃燒過程中消耗最低氧氣量的

6、測定 , 計算出物質(zhì)的氧指數(shù)值 , 可以評價物質(zhì)的燃燒性能。所謂氧指數(shù)（ Oxygen index ），是指在規(guī)定的試驗條件下，試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒（即進(jìn)行有焰燃燒）所需的最低氧氣濃度，以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值表示 （即在該物質(zhì)引燃后， 能保持燃燒 50mm 長或燃燒時間 3min 時所需要的氧、 氮混合氣體中最低氧的體積百分比濃度） 。作為判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度非常有效。一般認(rèn)為，OI<27的屬易燃材料 ,27 OI<32 的屬可燃材料 ,OI 32 的屬難燃材料。 HC-2 型氧指數(shù)測定儀，就是用來測定物質(zhì)燃燒過程中所需氧的體積百分比。 該儀

7、器適用于塑料、橡膠、纖維、泡沫塑料及各種固體的燃燒性能的測試，準(zhǔn)確性、重復(fù)性好，因此普遍被世界各國所采用。氧指數(shù)的測試方法，就是把一定尺寸的試樣用試樣夾垂直夾持于透明燃燒筒內(nèi)，其中有按一定比例混合的向上流動的氧氮氣流。點著試樣的上端， 觀察隨后的燃燒現(xiàn)象，記錄持續(xù)燃燒時間或燃燒過的距離，試樣的燃燒時間超過3min 或火焰前沿超過 50mm標(biāo)線時，就降低氧濃度， 試樣的燃燒時間不足 3min 或火焰前沿不到標(biāo)線時，就增加氧濃度，如此反復(fù)操作，從上下兩側(cè)逐漸接近規(guī)定值，至兩者的濃度差小于 0.5 。氧指數(shù)法是在實驗室條件下評價材料燃燒性能的一種方法，它可以對窗簾幕布、 木材等許多新型裝飾材料的燃燒

8、性能作出準(zhǔn)確、 快捷的檢測評價。需要說明的是氧指數(shù)法并不是唯一的判定條件和檢測方法， 但它的應(yīng)用非常廣泛，已成為評價燃燒性能級別的一種有效方法。六、實驗步驟1. 檢查氣路，確定各部分連接無誤，無漏氣現(xiàn)象。2. 確定實驗開始時的氧濃度： 根據(jù)經(jīng)驗或試樣在空氣中點燃的情況， 估計開始實驗時的氧濃度。如試樣在空氣中迅速燃燒，則開始實驗時的氧濃度為 18%左右；如在空氣中緩慢燃燒或時斷時續(xù)，則為 21%左右；在空氣中離開點火源即馬上熄滅，則至少為 25%。根據(jù)經(jīng)驗，確定該地板革氧指數(shù)測定實驗初始氧濃度為26%。氧濃度確定后， 在混合氣體的總流量為10L/min 的條件下，便可確定氧氣、氮氣的流量。例如

9、，若氧濃度為26%，則氧氣、氮氣的流量分別為2.5L/min和7.5L/min 。63. 安裝試樣：將試樣夾在夾具上， 垂直地安裝在燃燒筒的中心位置上 （注意要劃 50mm標(biāo)線），保證試樣頂端低于燃燒筒頂端至少 100mm，罩上燃燒筒（注意燃燒筒要輕拿輕放）。4. 通氣并調(diào)節(jié)流量：開啟氧、氮氣鋼瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓閥壓力為 0.2 0.3MPa（由教員完成），然后開啟氮氣和氧氣管道閥門( 在儀器后面標(biāo)注有紅線的管路為氧氣，另一路則為氮氣 , 應(yīng)注意：先開氮氣，后開氧氣，且閥門不宜開得過大 ),然后調(diào)節(jié)穩(wěn)壓閥，儀器壓力表指示壓力為0.1 ±0.01MPa，并保持該壓力（禁止使用過高氣壓）。

10、調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，通過轉(zhuǎn)子流量計讀取數(shù)據(jù)（應(yīng)讀取浮子上沿所對應(yīng)的刻度），得到穩(wěn)定流速的氧、氮氣流。檢查儀器壓力表指針是否在0.1Mpa，否則應(yīng)調(diào)節(jié)到規(guī)定壓力， O2+N2壓力表不大于 0.03Mpa 或不顯示壓力為正常，若不正常，應(yīng)檢查燃燒柱內(nèi)是否有結(jié)炭、氣路堵塞現(xiàn)象；若有此現(xiàn)象應(yīng)及時排除使其恢復(fù)到符合要求為止。應(yīng)注意：在調(diào)節(jié)氧氣、氮氣濃度后，必須用調(diào)節(jié)好流量的氧氮混合氣流沖洗燃燒筒至少 30s（排出燃燒筒內(nèi)的空氣）。5. 點燃試樣：用點火器從試樣的頂部中間點燃 （點火器火焰長度為 1-2cm），勿使火焰碰到試樣的棱邊和側(cè)表面。 在確認(rèn)試樣頂端全部著火后， 立即移去點火器，開始計時或觀察試樣燒掉

11、的長度。 點燃試樣時，火焰作用的時間最長為 30s，若在 30s 內(nèi)不能點燃，則應(yīng)增大氧濃度，繼續(xù)點燃，直至30s 內(nèi)點燃為止。6. 確定臨界氧濃度的大致范圍： 點燃試樣后， 立即開始記時， 觀察試樣的燃燒長度及燃燒行為。若燃燒終止，但在 1s 內(nèi)又自發(fā)再燃，則繼續(xù)觀察和記時。如果試樣的燃燒時間超過 3min，或燃燒長度超過 50mm（滿足其中之一），說明氧的濃度太高，必須降低，此時記錄實驗現(xiàn)象記“×”，如試樣燃燒在3min 和50mm之前熄滅，說明氧的濃度太低， 需提高氧濃度， 此時記錄實驗現(xiàn)象記 “”。如此在氧的體積百分濃度的整數(shù)位上尋找這樣相鄰的四個點，要求這四個點處的燃燒現(xiàn)象

12、為“××”。例如若氧濃度為26%時，燒過 50mm的刻度線，則氧過量，記為“×”，下一步調(diào)低氧濃度，在25%做第二次，判斷是否為氧過量，直到找到相鄰的四個點為氧不足、氧不足、氧過量、氧過量，此范圍即為所確定的臨界氧濃度的大致范圍。7. 在上述測試范圍內(nèi)，縮小步長，從低到高，氧濃度每升高0.4%重復(fù)一次以上測試，觀察現(xiàn)象，并記錄。78. 根據(jù)上述測試結(jié)果確定氧指數(shù) OI。七、實驗結(jié)果處理1. 實驗數(shù)據(jù)記錄實驗次數(shù)12345678氧濃度，%氮濃度，%燃燒時間（ s）燃燒長度（ mm）燃燒結(jié)果說明：第二、三行記錄的分別是氧氣和氮氣的體積百分比濃度（需將流量計讀出的流量計

13、算為體積百分比濃度后再填入） 。第四、五行記錄的燃燒長度和時間分別為：若氧過量（即燒過 50mm的標(biāo)線），則記錄燒到 50mm 所用的時間；若氧不足，則記錄實際熄滅的時間和實際燒掉的長度。第六行的結(jié)果即判斷氧是否過量，氧過量記“×” ，氧不足記“”。2. 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)計算試樣的氧指數(shù)值 OI，即取氧不足的最大氧濃度值和氧過量的最小氧濃度值兩組數(shù)據(jù)計算平均值。3. 材料性能評價：根據(jù)氧指數(shù)值評價材料的燃燒性能。八、實驗注意事項1. 試樣制作要精細(xì)、準(zhǔn)確，表面平整、光滑。2. 氧、氮氣流量調(diào)節(jié)要得當(dāng)， 壓力表指示處于正常位置， 禁止使用過高氣壓，以防損壞設(shè)備。3. 流量計、玻

14、璃筒為易碎品，實驗中謹(jǐn)防打碎。九、預(yù)習(xí)與思考題1. 什么叫氧指數(shù)值？如何用氧指數(shù)值評價材料的燃燒性能？82.HC-2 型氧指數(shù)測定儀適用于哪些材料性能的測定？如何提高實驗數(shù)據(jù)的測試精度？十、實驗報告要求1. 書寫工整，內(nèi)容完整2. 實驗結(jié)果處理要寫明處理過程及方法9實驗二材料的點火溫度測定實驗一、實驗?zāi)康?.加深了解著火點的意義；2.了解 DW-02 型點著溫度測定儀的組成；3.掌握著火點測試實驗的基本原理；4.掌握 DW-02 型點著溫度測定儀的使用方法。二、實驗內(nèi)容當(dāng)固體物質(zhì)受熱時，熱解氣濃度升高，在外部火源點燃下，出現(xiàn)火焰，并在外部火源去除后，火焰維持燃燒，此時的溫度即為該固體物質(zhì)的著火

15、點。本實驗通過加熱爐預(yù)熱到一定溫度后，將鋸末裝入銅管中放入加熱爐中加熱，利用點火源對熱解氣進(jìn)行點燃，當(dāng)點燃后去除點火源，并使火焰維持 5s 以上的燃燒時間，來測定物質(zhì)的著火點。三、儀器設(shè)備DW-02 型點著溫度測定儀（如下圖所示） 、點火器、打火機、鑷子、漏斗、秒表10圖 1DW-02 型點著溫度測定儀示意圖四、所需耗材試樣包若干（事先制備，干燥木粉，0.5-1mm 粒徑，天平稱量）五、實驗原理、方法和手段在一定溫度下， 固體可燃物料會揮發(fā)或蒸發(fā)出一部分的可燃?xì)怏w或蒸汽， 當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值時， 揮發(fā)或蒸發(fā)出的可燃?xì)怏w或蒸汽的濃度足夠高， 以致被明火點燃后能形成持續(xù)的火焰 （ >5s）

16、，則能出現(xiàn)這種現(xiàn)象的最低溫度即稱為著火點。著火點又稱燃點。 對于固體燃料來說， 著火點的高低跟表面積的大小、 組織的粗細(xì)、導(dǎo)熱系數(shù)的大小等都有關(guān)系，顆粒越細(xì)，表面積越大，著火點越低；導(dǎo)熱系數(shù)越小， 著火點越低。 對液體燃料和氣體燃料來說， 火焰接觸它們的情況和外界壓強的大小也有關(guān)系。六、實驗步驟儀器調(diào)整（1） 將對號插頭插入座內(nèi)， 合上總電源， 按下電源開關(guān)， 指示燈即亮，然后撥動爐體側(cè)面手柄，使其通風(fēng)孔封閉（手柄在“關(guān)”位置） 。（2） 設(shè)定溫度：按下升溫按鈕，觀察儀器面板上的數(shù)顯器 SV，將溫度設(shè)定好。（3） 爐體升溫（ PV）至設(shè)定溫度后，恒溫510min 即可進(jìn)行實驗。（4） 試驗結(jié)束

17、時按下“降溫”按鈕，撥動手柄至“開”進(jìn)行降溫，同時打開下方風(fēng)扇， 爐溫降到常溫下， 工作人員方可離開試驗場所。實驗步驟：（1） 根據(jù)實驗裝置的調(diào)整步驟13，將實驗裝置調(diào)整到要求的狀態(tài)。11（2） 把銅錠爐加熱到預(yù)定溫度，并使之恒溫。（3） 將裝有 1g 試樣的容器放入銅錠爐的孔中， 蓋上蓋子（蓋子預(yù)先放在銅錠爐頂上加熱），并啟動秒表計時。（4） 當(dāng)觀察到有蒸氣揮發(fā)出時，將點火火焰置于蓋的噴嘴上方 2mm處晃動。火焰長度 10-15mm左右，如果在開始 5min 內(nèi)，噴嘴上沒有連續(xù) 5s 的火焰，則按“儀器調(diào)整”的要求，每次將爐溫升高（或降低） 10 攝氏度，用新地試樣重新試驗，直到測得噴嘴上出現(xiàn)連續(xù) 5s 以上火焰時的最低溫度為止，并記錄此刻溫度。（5） 每個預(yù)定的溫度做三個試樣， 若有兩個沒有 5s 以上的火焰， 則將爐溫升高 10 攝氏度，再做三個試樣，如有兩個出現(xiàn) 5s 以上火焰的最低溫度，將