스릿버너 화염의 특성 및 온도측정 실험

소개글

스릿버너 화염의 특성 및 온도측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

6.40
8
10.00
9
7.20
9
11.25
10
8.00
10
12.50
※단위 :
※더 자세한 값은 환산식을 이용하여 구할 것.
6. 실험 결과
1. 스릿제트와 원형제트의 특징을 비교하고, 스릿버너 화염과 원형버너 화염을 비교하 라. 또 본실험에서 스릿버너를 사용하는 이유를 설명하라.
스릿제트는 Transverse diffusion의 형식으로 화염형상이 나타나는 반면, 원형제트는 집중과 분산의 형태로 나타난다. 이 실험에서 스릿버너를 쓰는 이유는 각 지점에서의 온도측정의 용이함에 따른 것으로 생각된다. 원형제트는 중심부터의 지름길이방향의 온도측정과 화염형상측정에 용이하다.스릿버너는 중간부분에서 는 화염이 세고 끝부분에서는 화염이 상대적으로 약하다. 그러나, 원형버너 의 화염은 위치에 관계없이 일정하다. 단열 화염온도라고 하는 것은 주어진 반응에 대해서 생성물의 최고온도를 말한다. 원형버너에서는 화염이 일반적으로 전 구간에서 동일하며 온도 역시 동일하다. 그러나 슬릿버너는 공급관에 가까운 곳이 제트가 세고 화염이 강하고 온도도 높다. 우리가 원하는 건 최고온도이기 때문에 슬릿버너를 사용한다.
2. 실험조건에서 단열화염온도(℃)를 구하라. 그리고 그 값을 실험에서 측정한 것 과 비교하라.
A/F
H
(mm)
W(mm)
6
18
50
82
94
① 34.0
게이지 세팅
air : 47.0 ℓ/min
feul : 2.0 ℓ/min
10
1210
1200
1180
1164
1130
40
1090
1048
1028
1020
940
70
900
868
850
820
760
② 23.8
게이지 세팅
air : 38.1 ℓ/min
feul : 2.0 ℓ/min
10
1280
1230
1220
1200
1180
40
1200
1160
1150
1130
1060
70
1000
1100
1075
1030
940
③ 14.9
게이지 세팅
air : 18 ℓ/min
feul : 2.0 ℓ/min
10
870
840
810
795
810
40
1140
1095
1100
1110
1090
70
1030
1150
1160
1190
1170
* ①은 당량비가 0.7 정도인 경우이고 ②는 당량비가 1, ③은 1.6 정도되는 경 우이다.
* LPG의 주성분은 프로판
<단열화염 계산방법>
① Propane과 공기의 이론 혼합기 반응에서 화학식을 쓰는 법.
의 양변에서 C, H, O, N에 대하여 각각 atom balance를 취하여 a, b, c, d를 구하면 a=5, b=3, c=4, d=18.5가 된다.
② A/F는 공기 연료비를 나타내는 것으로 일반적으로 질량비를 나타내지만 여기서 는 부피비로 나타내어야 한다. 왜냐하면 유량계와 맞추기 위함이다. 여기서 위 의 반응에 대해서 쓰면,
③ 당량비는 와 같이 구할 수 있고 이 식을 변형하여
로 하여 임의의 당량비에 대해서 A/F를 구할 수 있다.
단열화염온도를 구하는 방법은 William. Z. Black & James G. Hartley의 Thermodynamics의 12장 7절의 내용을 참고할 것.
④ 단열화염온도는 에서 유도된 식을 이용한다.
유도된 식은 이다.
1) 당량비가 0.7일 때 화학반응식은
이때의 단열 화염온도(Tp) = 약 1600C
2) 당량비가 1.0일 때 화학반응식
이때는 단열 화염온도(Tp) = 약 2000C
3) 당량비가 1.6일 때 화학반응식
이때는 단열 화염온도(Tp) = 약 2050C
◎ 실험한 온도와 이론상의 단열 화염온도를 비교해보니 당량비가 낮을 때 온도 가 낮고 당량비가 높을 때 온도가 높은 대략적인 흐름은 같았으나 온도가 계 산값과는 상당한 차이가 있다.
3. W=50mm, H=40mm에서 당량비를 변화시켜가면서 온도를 측정한다.
당량비
(Φ)
0.7
0.8
0.9
1.0
1.25
1.6
공연비
(A/F)
34
29.75
26.44
23.8
19.04
14.9
온도
(℃)
X
1066
1170
1215
1240
1230
4. 공연비가 34.0 , 23.8 , 14.9의 각각의 경우에 대하여 화염모양을 비교하여라
공 연 비 34.0
화염의 특징
♧ 연한 푸른색 빛을 띠며
화염의 길이가 약 1Cm
정도 되어 보인다.
♧ 전체적으로 완전연소와 의화염형태와 유사하였 다.
공 연 비 23.8
화염의 특징
♧ 화염의 길이가 10Cm정도 되어 보이고 고온이며 전체적으로 푸른색 빛을 띠고 있다.
♧ 불꽃의 윗부분은 흰색에 가까 운 연보랏빛이고 화염 맨 아랫 부분은 연한 하늘색빛깔이다. 길이는 약 1Cm정도 되어 보인다.
♧ 불꽃 모양이 양끝이 가운데 보다 다소 높게 나타난다. 아랫부분에는 볼록한 부분이 균일하게 나타나있다.
공 연 비 11.25
화염의 특징
♧ 화염의 길이는 15Cm정도 되어 보인다. 붉은색과 푸른색 불꽃이 같은 비율을 이루고 있고 화염 맨 아랫 부분은 푸른색 빛깔로 길이는 1Cm가 약간 넘어보인다.
♧ 버너에서 불꽃이 나오는 모양 관찰이 불가능해진다. 주황색부분은 화염의 크기도 크고 흔들림도 크다.
7. 고찰 및 토의
① 공연비가 높이면서 공기와 가스간의 혼합이 다소 좋지 않게 되어 불꽃 모양 측 정이 난이했으며. 보이지 않기도 하였다.
② 옆에서 바라보았을 때 열전대가 정확히 직각을 이루지 못하고 휘어져 있었다. width와 height 변화 측정이 정확하지 못했다.
③ 당량비를 낮추어 실험을 하면 공기의 유량이 낮아져서 화염이 미세한 변화에도 쉽게 흔들렸다. 흔들림으로 인한 온도변화로 인해 정확한 온도측정이 힘들었다.
④ 단열상태가 아닌채 실험을 하여서 이론상 올라갈 수 있는 최고의 온도인 단열 화염온도까지는 올라가지 못하였다.
⑤ 열전대의 이동 과정 중 높이와 위치 변화시 움직이면서 정확한 위치와 오차가 있는 위치에 열전대가 위치하는 경우가 발생하기도 했다.
［토 의］ :　처음에 불을 붙이는데 많은 어려움이 있었다. 하지만 마지막 조로 실험을 하다보니 여러모로 사전에 실험에 대해 알게 되는것도 있었고 실험에 속도가 붙을수 있었다. 그렇지만 LPG 연소 실험을 하다보니 머리가 어지러웠다. 육체적으로 힘든 실험이었다. 공기 연료비 조절 만으로 불꽃의 모양이 바뀌는 것을 보니 흥미로웠다.

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