燃?xì)庠顮t頭大氣式燃燒器的設(shè)計(jì)分析

1、燃?xì)庠顮t頭大氣式燃燒器的設(shè)計(jì)分析在家用燃?xì)庠畹娜紵骷易逯?，旋流燃燒器（?jiàn)圖1）以其新穎的火蓋造型，獨(dú)特的旋流條形火孔設(shè)計(jì)，使氣流在旋流燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了較強(qiáng)的切向應(yīng)力。與傳統(tǒng)的燃燒相比，它具有以下特點(diǎn)：    結(jié)構(gòu)緊湊，火力集中，燃燒均勻性好，更適合烹炒菜肴需要。    煙氣中一氧化碳低，清潔無(wú)黑煙。    同樣幾何尺寸的燃燒器火蓋旋流式比傳統(tǒng)型熱流量提高5%以上。    燃燒穩(wěn)定性好，不易發(fā)生回火、脫火等不正常燃燒的現(xiàn)象。    燃燒器的火孔排

2、列和幾何尺寸的設(shè)計(jì)及制造工藝要求嚴(yán)格；天然氣、液化氣灶宜用銅制火蓋，人工煤氣灶宜用耐熱合金鑄鐵火蓋。加工精度差、設(shè)計(jì)誤差大的火蓋，易引起不完全燃燒、黃焰、回火、脫火等問(wèn)題。    根據(jù)旋流式和傳統(tǒng)型燃燒器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表1，供設(shè)計(jì)參考。表1  旋流式燃燒器及傳統(tǒng)型燃燒器試驗(yàn)結(jié)果比較項(xiàng)目燃燒器O2（%）CO（ppm）CO=1（%）熱效率燃燒狀態(tài)類型外形mm火孔形狀優(yōu)質(zhì)旋流式120條形8.9900.01657.9正常劣質(zhì)旋流式120條形10.05300.10253.2黑煙黃焰?zhèn)鹘y(tǒng)型120方形圓形10.2660.01355.1正常  

3、;  注：試驗(yàn)用液化氣低熱值107.8MJ/Nm3，壓力2.8Pa，熱流量均為3.8kW。1、旋流式燃燒器的原理與結(jié)構(gòu)    燃燒器由火蓋、灶頭、引射器、噴嘴、風(fēng)門(mén)等部分組成。由圖1可以看出火蓋的內(nèi)錐面與水平面成角，火孔沿圓周方向布置，其火孔位置由及兩方向的傾角來(lái)定位。其中角為火孔與內(nèi)錐母線夾角，角為外側(cè)刀槽與垂線夾角。當(dāng)燃?xì)庠谝欢▔毫ο拢砸欢魉購(gòu)膰娮炝鞒?，進(jìn)入吸氣收縮管，燃?xì)饪勘旧砟芰课胍淮慰諝?。在引射器?nèi)燃?xì)馀c一次空氣混合后從火孔以一定的夾角、流速噴出，邊燃燒、邊旋轉(zhuǎn)形成聚焦的螺旋形柱體，在圓柱體中心形成一個(gè)煙氣回流區(qū)?；旌蠚馀c二次空

4、氣在炙熱的回流煙氣作用下受到強(qiáng)烈的預(yù)熱，提高了燃燒速工，對(duì)燃燒起到了強(qiáng)化作用。根據(jù)旋流式燃燒器的火焰特性，要求設(shè)計(jì)出合理的鍋底與火蓋之間的高度，使旋流燃燒火焰在接觸鍋底時(shí)產(chǎn)生最大的沖撞能量，形成沿鍋底切線向上的火焰，延長(zhǎng)煙氣與鍋底接觸時(shí)間，提高熱交換面積。在引射器、噴嘴、及灶頭設(shè)計(jì)合理情況下，火孔設(shè)計(jì)合理，每個(gè)火孔噴出的燃?xì)舛紩?huì)形成向上傾斜一定夾角的片狀氣流，經(jīng)二次空氣混合后形成藍(lán)色旋轉(zhuǎn)火焰。如果火孔分布不合理，或火孔幾何尺寸和位置設(shè)計(jì)、加工有問(wèn)題，則二次空氣混合不均勻，將會(huì)形成幾個(gè)、幾十個(gè)不均勻的火焰團(tuán)，導(dǎo)致燃燒條件惡化，產(chǎn)生不完全燃燒，使煙氣中一氧化碳等有害氣體含量增加。2、旋流燃燒器的設(shè)

5、計(jì)    設(shè)計(jì)尺寸與燃燒效果關(guān)系（見(jiàn)表2）具體注意事項(xiàng)如下所列。表2  設(shè)計(jì)尺寸與燃燒效果關(guān)系 旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度黃焰脫火、回火、爆燃效率低不完全燃燒清晰完全燃燒效率高強(qiáng)弱條形孔寬合理寬窄寬偏寬偏寬合理合理窄偏窄偏窄火孔間距合理大小大（脫）?。ɑ兀┢笃蠛侠砗侠硇∑∑〗呛侠泶笮〈笃笃蠛侠砗侠硇∑∑　⒔呛侠泶?偏大偏大合理合理小偏小偏小噴嘴長(zhǎng)度合理長(zhǎng)長(zhǎng)短長(zhǎng)長(zhǎng)合理合理短短短火蓋鍋底距離合理大小大小合理合理小小      注：合理指設(shè)計(jì)尺寸或角度符合技術(shù)要求，實(shí)驗(yàn)合格。 

6、60;  2.1 為了便于和二次空氣充分混合，條形火孔間距要經(jīng)過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，使火孔噴出的燃?xì)夂鸵淮慰諝獾幕旌蠚饬鞅舜思炔幌嘟?，也不重合?#160;   2.2 燃?xì)獾男D(zhuǎn)火焰，主要燃?xì)饬考性诨鹕w周邊上，所以應(yīng)按對(duì)二次空氣的需求位置，設(shè)計(jì)二次空氣通道。    2.3 火蓋與鍋底距離設(shè)計(jì)應(yīng)合理。距離過(guò)大，火焰接觸不到鍋的底部，熱效率低；距離過(guò)小，火焰受壓于鍋底，造成不完全燃燒，熱效率低。只有距離合理，才能使燃?xì)獬浞秩紵?，提高熱效率，降低煙氣中CO含量。    2.4 火焰形成藍(lán)色旋流柱狀向上發(fā)散燃燒的火焰

7、。所以應(yīng)按對(duì)二次空氣的需求位置，設(shè)計(jì)二次空氣通道。    2.5 火孔熱強(qiáng)度比傳統(tǒng)直火型燃燒器增加（26）%。    2.6 如圖2所示，設(shè)計(jì)采用合理的喉部直徑和喉部至噴孔截面距離，保證燃燒時(shí)能夠吸入足夠的一次空氣并混合均勻；設(shè)計(jì)符合不同氣源旋流燃燒器使用特點(diǎn)的噴嘴結(jié)構(gòu)和噴孔尺寸。    2.7 中心小火蓋火孔軸線應(yīng)斜向上，傾角應(yīng)大于等于320，火孔孔徑在2.0mm2.8mm之間，避免造成與外環(huán)旋火焰二次空氣的情況。    2.8 在熱流量相同條件下，采用直徑偏小火

8、蓋設(shè)計(jì)可提高熱效率。3、燃?xì)庠顕娮靽娍子?jì)算    根據(jù)我國(guó)烹調(diào)習(xí)慣大多數(shù)家用燃?xì)庠钊紵鞣譃閮?nèi)外雙環(huán)火，既包含內(nèi)環(huán)火噴嘴及外環(huán)火噴嘴。經(jīng)實(shí)驗(yàn)及互比確定內(nèi)環(huán)火熱流量0.7kW1.0kW，外環(huán)火熱流量為2.7kW3.2kW。根據(jù)不同氣源的火孔熱強(qiáng)度，確定燃燒設(shè)計(jì)熱流量，按噴孔設(shè)計(jì)公式計(jì)算噴孔直徑。    噴嘴噴孔設(shè)計(jì)公式：         d=（Lg/0.0035）1/2（S/H）1/4       

9、        （1）         Lg=I/Qd                                &

10、#160;   （2）    其中：d噴孔直徑（mm）；         Lg燃?xì)饬髁浚∟m3/h）；         S相對(duì)密度；         H燃?xì)鈮毫Γ≒a）；         Qd燃?xì)獾蜔?/p>

11、值（MJ/m3）；         I設(shè)計(jì)熱流量（MJ/h）；         嘴流量系數(shù)，取0.7-0.84、部分設(shè)計(jì)參數(shù)    4.1 火孔個(gè)數(shù)n    火孔個(gè)數(shù)n=火孔總面積/單火孔面積    4.2 火蓋條形火孔的角、角、角    角（1230）0，角越小，吸引二次空氣越容易；角（530）0；角（20

12、35）0。    、角經(jīng)試驗(yàn)確定，以形成旋流燃燒、柱狀向上發(fā)散的藍(lán)色火焰為佳。5、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)    5.1 灶具試驗(yàn)中出現(xiàn)回火、脫火、熄火噪音大等情況時(shí)，要綜合分析原因，確定改進(jìn)辦法（見(jiàn)表2，表3）。改進(jìn)步驟：調(diào)整噴嘴至引射器喉部的前后距離；改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)度、噴孔孔徑、側(cè)孔孔徑、外徑、風(fēng)門(mén)風(fēng)孔開(kāi)口大小及形狀）；改進(jìn)燃燒器火孔、火蓋；進(jìn)行引射器喉部的改進(jìn)；重新設(shè)計(jì)燃燒器殼體。按由簡(jiǎn)至繁順序考慮，經(jīng)試驗(yàn)在火焰燃燒穩(wěn)定；熱效率、一氧化碳、熱流量指標(biāo)必須合格前提下，解決熄火噪音大、表面溫度高等問(wèn)題。試制樣機(jī)檢測(cè)合格后再定型生產(chǎn)。表3 

13、; 設(shè)計(jì)參數(shù)與氣源關(guān)系 人工煤氣（R）天然氣（T）液化氣（Y）條孔寬(mm)0.91.00.951.200.981.30火孔熱強(qiáng)度qp×103（kW/mm2）9.916.66.08.86.69.5火孔深度mm寬度×5.0寬度×5.0寬度×5.0噴嘴測(cè)孔孔徑無(wú)孔大火2.5mm大火2.5mm小火1.8mm小火1.8mm一次空氣系數(shù)0.540.590.590.650.590.65喉部直徑/噴嘴直徑比喉/噴569101516火孔總面積/與噴嘴面積比S火總/S噴5075230320500600噴孔至喉部截面距離(mm)嵌入灶上1.01.4倍1.

14、01.5倍1.11.4倍嵌入灶下1.21.5倍1.21.4倍1.01.3倍臺(tái)式灶下1.21.5倍1.21.4倍1.11.3倍      說(shuō)明：火孔深度參數(shù)不適用沖壓方法制造的薄型火蓋。    5.2 灶具的燃燒性能實(shí)驗(yàn)是在設(shè)計(jì)較佳情況下進(jìn)行的，主要是調(diào)整火焰狀態(tài)。煙氣中氧氣應(yīng)低于9%，CO=1應(yīng)小于0.05%。主要靠調(diào)整噴嘴至喉部距離和風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)控制一次進(jìn)氣量；靠調(diào)整火蓋至鍋底距離控制二次空氣流量。因空氣量的改變對(duì)效率、煙氣影響很大，空氣多，效率低；空氣少，煙氣中不完全燃燒成分增多，反過(guò)來(lái)也會(huì)造成效率降低。因此必須保證空氣量的射入比例合理，保證一次空氣和燃?xì)饣旌暇鶆颉?、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題