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强鼓式燃气热水器空气分流板的研究

发布日期:2017-09-25 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 172 作者:[db:作者]

核心提示:  强制鼓风式燃气热水器的燃烧室处于正压状态,燃烧所需空气必须由风机提供。为保证二次空气均匀流畅地流向燃烧器的每一个火孔,需设置空气分流板。空气分流板对燃烧室内二次空气的分布起了很重要的作用,而二次空

  强制鼓风式燃气热水器的燃烧室处于正压状态,燃烧所需空气必须由风机提供。为保证二次空气均匀流畅地流向燃烧器的每一个火孔,需设置空气分流板。空气分流板对燃烧室内二次空气的分布起了很重要的作用,而二次空气分布的均匀性,又直接影响燃气燃烧工况,以及燃烧过程中C0的排放量。本文运用数值模拟与试验相结合的手段对强鼓式热水器燃烧室的流场分布与C0排放量进行研究,以期得到比较合理的空气分流板的形式。

  2数值模拟与试验式热水器的非对称燃烧室(风机与热水器排烟口不设置于热水器的轴线上)内的二次空气流场进行数值模拟,在建模的过程中,对燃烧室的结构进行了一定程度的简化,所建模型如(图中数值单位为cm)所示。这样的简化,并没有从根本上改变燃烧室的结构,而且可以大大减少模型中网格划分的数量,减少数值计算迭代的次数,使得迭代的过程更加容易收敛112.在边界条件的处理上,除了烟气出口、空气进口以及空气分流板上所开的小孔以外,模型的其他部分都设为壁面,在壁面的设置上出现了粗糙高度和粗糙常数两个参数。对于金属壁面,一般粗糙高度取0.15mm,粗糙常数取0.75.实际的计算过程证明了这样的取值是比较合理的3.从作者大量的试验研究中选取3种不同类型的空气分流板形式进行了分析,需要指出的是改进后的分流板并非为最佳结构。在试验研究的过程中,在燃烧室内的测点平面位置上设置了6个测点,用来测定燃烧过程中各测点处CO的体积分数。测点的具体位置如所示,通过对燃烧过程中燃烧室内不同区域的⑴体积分数测定,从而可得知不同燃烧区域内的气流分布和燃烧工况。

  用每个平面速度的均方差§作为分析该平面气流分布是否均匀的一个标准,因为均方差S代表了在这个平面上每一个点的速度大小与其平均速度的偏离情况。气流分布越是均匀,其均方差的值就越小。

  n测点个数;v平面气流平均速度,m/s;Vi平面上各点速度,m/s.各分流板不同平面速度均方差见表1,安装了不同分流板的强鼓式热水器的烟气中《= 1时⑴的体积分数见表2.表1不同分流板平面速度均方差m/s均孔径分流板变孔径分流板改进后的分流板平面12.表2*=1时烟气中CO体积分数%均孔径分流板变孔径分流板改进后的分流板测点10.5850.5410. 3数值模拟与试验数据分析对分别安装3种不同形式空气分流板的燃烧室进行数值模拟,从燃烧室流场分布来看,空气分流板结构对燃烧室内的流场有很大影响,这仅仅是从直观上对燃烧室内的气流分布有了一个认识。为了更好地分析气流分布的均匀程度,在火排上方截取3个平面,利用这3个平面上的速度分布来分析其气流混合的均匀程度。燃气燃烧的火焰高度一般为5~7cm,所以,这3个平面所在的区域基本上就是火焰燃烧的区域我们所关注的气流均匀程度对火焰从试验数据中可以看出,无论是哪种形式的分流板,在烟道出口下方的4号测点附近的①体积分数明显低于其他区域。这表明在这个区域内火焰的燃烧非常充分。4号测点的位置在燃烧室的右侧,正处于排烟口下方,排烟非常顺畅。在这个区域内,气流速度一般为3m/s左右,而且气流混合非常均匀,没有任何旋涡出现。从数值模拟和试验数据燃烧的影响也是集中的体现在这!区域内。也触趾的输分析可得燃烧室内流场的分布情况与火焰燃烧的情况是密切相关的,二次空气流场的分布对整个的燃烧工况有很大的影响。所以,从热水器的整体性能上讲,燃烧室内二次空气的流场分布是一个很重要的因素。

  均孔径空气分流板的一个非常明显的缺点就是导致了燃烧室内靠近风机一侧的空气流速过大,而远离风机一侧的空气流速过小。在流速过大的一侧,其二次空气流量过大,这样就使得燃烧区域的温度偏低,使燃气不能得到充分燃烧;另一方面,流速过大的二次空气会使尚未燃尽的燃气迅速脱离燃烧区域这样也导致了燃气燃烧的不完全。而在空气流速过小的一侧,由于空气流量不足以支持燃气的完全燃烧,所以也使一部分燃气未燃尽就脱离了反应区。

  安装了变孔径的空气分流板后,可以看出燃烧室内的二次空气流场有了明显的改善。远离风机一侧的二次空气流速得到了明显的提高,相应地,由于减少了靠近风机一侧分流板的开孔数目与开孔孔径,这一侧的空气流速也得以减小,这样就使得整个燃烧器上方的气流分布比较均匀。变孔径的分流板的一个很明显的缺陷就是火排上方中部的气流速度偏小。这是因为靠近风机一侧的气流速度虽然通过减小分流板的流通面积得到了一定的控制,但是由于靠近风机出口,所以气流速度还是比较大,而远离风机的一侧增大了空气的流通面积,又靠近燃烧室的排烟口所以气流速度得到了明显的提高。相比之下,燃烧室火排上方中间区域的速度就显得偏小,这个区域内二次空气的流速一般都在2m/s以下,这样的空气流速不足以支持燃气的完全燃烧,所以从CO测点的数据上,中间区域(2 5测点)的①体积分数比起4号测点还是偏高。但是从总的效果上看,和均孔径分流板相比,使用了变孔径分流板已经取得了很好的效果。这种流速两侧大,中间小的流场分布就是强鼓式热水器燃烧室的典型的流场分布,它避免了出现某一侧气流速度过大的现象,这样就避免了在燃烧室内较大的气流旋涡和气流扰动的形成,这一点是很关键的。

  对变孔径的空气分流板进行适当的改进,就是将靠近中间位置的开孔孔径增大。火排上方中部的气流速度得到了明显的提高,火排上方的气流分布更加均匀。这点从3个平面速度均方差§与速度分布上也得到了证实。在试验上,安装了改进后的空气分流板,热水器排烟口的CO体积分数也减少,说明燃气在燃烧室内的燃烧更加充分。

  从上面的分析中可以看出,通过改进热水器内空气分流板的形式,可以很明显地改善燃烧室内的气流分布,燃烧室内均匀的气流分布,是燃气燃烧充分的很重要的条件。

  4结论燃烧室内二次空气的气流分布对燃烧室内燃气的燃烧工况有重要的影响。

  通过改变空气分流板的形式,可以明显地改善燃烧室内二次空气的气流分布。

  控制燃烧室内二次空气的气流分布,使二次空气的气流分布比较均匀,但只是简单地减小靠近风机一侧的开孔孔径也不是完全合理,这样造成的结果会使得火排上方中间部分的气流流速过小。

  改进后的分流板在增大了中间部分的开孔孔径(也可以增加开孔数目),在一定程度上使火排上方中部的气流速度得到了增大。使燃烧室内气流分布更加均匀,燃气的燃烧也更加充分。但是由于强鼓式热水器燃烧室特殊的非对称结构,仅仅通过改变空气分流板的形式以使二次空气气流分布的彻底改善尚有一定的困难。

  数值模拟为试验提供了强有力的理论支持,避免了试验的盲目性和重复劳动。

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