基于多因素耦合作用的大气/红外组合式灶用燃烧器设计与优化

• 作 者: 刘洪佚
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 灶用燃烧器 热效率 加热均匀性 组合式燃烧器 多因素耦合

我国调整能源消费结构的步伐逐步加快,促使天然气消耗量逐年增长。其中,城市燃气消耗作为天然气重要消耗源,其消耗量增长迅速。家用燃气灶具作为城市燃气主要消耗源倍受关注。目前,灶用燃烧器的热效率与CO排放量作为燃气灶具重要性能指标被广泛关注并在研发过程中着重优化。但是,对于直接影响烹饪过程的燃气灶加热均匀性却鲜受关注。因此,在灶用燃烧器设计与优化过程中亟需综合考虑热效率、CO排放量以及加热均匀性的耦合影响。此外,灶用燃烧器根据燃烧方式主要分为大气式和红外式。其中,大气式燃烧器由于其热负荷大及宽调节比占据了主要市场份额,但是其热效率提升空间有限;而热效率较高及加热均匀性较好的红外式燃烧器却由于其热负荷调节范围狭窄,产生了运行过程中火候判断难、小火不稳定等诸多问题,导致用户体验感不佳,从而限制其市场推广。因此,开发一款结合上述两种类型燃烧器优点又能抑制其缺点的灶用燃烧器意义明显。由此,本文综合考虑热效率、CO排放以及加热均匀性多重性能参数,并将大气与红外燃烧方式相组合,通过数值模拟及实验研究的方法,设计并优化了一款大气/红外组合式燃烧器。首先,本文通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了燃烧器重要结构参数对其热效率、CO排放量和加热均匀性的耦合影响作用。研究表明,锅支架高度与内燃烧高度对燃烧器综合性能影响显著。综合考虑燃气灶热效率、CO排放量以及加热均匀性,在锅支架高度为62mm,内燃烧器高度为42.7mm时,燃气灶综合性能最好。其次,针对大气/红外组合式燃烧器,建立不同的数值模型,并通过数值模拟与实验结果进行对比,确定适用于大气/红外组合式燃烧器的数值模型。研究表明,针对本大气/红外组合式燃烧器,Realizable k-ε湍流模型和DO辐射模型较好的模拟了流动及换热过程,适用于大气/红外组合式燃烧器的数值模拟。最后,基于所建立的数值模型,通过数值模拟研究了锅支架高度与燃烧器高度分别对大气/红外组合式燃烧器的热效率、CO排放量及加热均匀性综合性能的影响。研究表明,内/外燃烧器高度对组合式燃烧器影响显著,当燃烧器高度为40-40-35mm,锅支架高度为22mm时,大气/红外组合燃烧器综合性能最佳。