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強鼓式燃氣熱水器空氣分流板的研究

發布日期:2017-09-25 來源: 中國太陽能熱水器網 查看次數: 21745 作者:[db:作者]

核心提示:  強制鼓風式燃氣熱水器的燃燒室處于正壓狀態,燃燒所需空氣必須由風機提供。為保證二次空氣均勻流暢地流向燃燒器的每一個火孔,需設置空氣分流板??諝夥至靼鍖θ紵覂榷慰諝獾姆植计鹆撕苤匾淖饔?,而二次空

  強制鼓風式燃氣熱水器的燃燒室處于正壓狀態,燃燒所需空氣必須由風機提供。為保證二次空氣均勻流暢地流向燃燒器的每一個火孔,需設置空氣分流板??諝夥至靼鍖θ紵覂榷慰諝獾姆植计鹆撕苤匾淖饔?,而二次空氣分布的均勻性,又直接影響燃氣燃燒工況,以及燃燒過程中C0的排放量。本文運用數值模擬與試驗相結合的手段對強鼓式熱水器燃燒室的流場分布與C0排放量進行研究,以期得到比較合理的空氣分流板的形式。

  2數值模擬與試驗式熱水器的非對稱燃燒室(風機與熱水器排煙口不設置于熱水器的軸線上)內的二次空氣流場進行數值模擬,在建模的過程中,對燃燒室的結構進行了一定程度的簡化,所建模型如(圖中數值單位為cm)所示。這樣的簡化,并沒有從根本上改變燃燒室的結構,而且可以大大減少模型中網格劃分的數量,減少數值計算迭代的次數,使得迭代的過程更加容易收斂112.在邊界條件的處理上,除了煙氣出口、空氣進口以及空氣分流板上所開的小孔以外,模型的其他部分都設為壁面,在壁面的設置上出現了粗糙高度和粗糙常數兩個參數。對于金屬壁面,一般粗糙高度取0.15mm,粗糙常數取0.75.實際的計算過程證明了這樣的取值是比較合理的3.從作者大量的試驗研究中選取3種不同類型的空氣分流板形式進行了分析,需要指出的是改進后的分流板并非為*佳結構。在試驗研究的過程中,在燃燒室內的測點平面位置上設置了6個測點,用來測定燃燒過程中各測點處CO的體積分數。測點的具體位置如所示,通過對燃燒過程中燃燒室內不同區域的⑴體積分數測定,從而可得知不同燃燒區域內的氣流分布和燃燒工況。

  用每個平面速度的均方差§作為分析該平面氣流分布是否均勻的一個標準,因為均方差S代表了在這個平面上每一個點的速度大小與其平均速度的偏離情況。氣流分布越是均勻,其均方差的值就越小。

  n測點個數;v平面氣流平均速度,m/s;Vi平面上各點速度,m/s.各分流板不同平面速度均方差見表1,安裝了不同分流板的強鼓式熱水器的煙氣中《= 1時⑴的體積分數見表2.表1不同分流板平面速度均方差m/s均孔徑分流板變孔徑分流板改進后的分流板平面12.表2*=1時煙氣中CO體積分數%均孔徑分流板變孔徑分流板改進后的分流板測點10.5850.5410. 3數值模擬與試驗數據分析對分別安裝3種不同形式空氣分流板的燃燒室進行數值模擬,從燃燒室流場分布來看,空氣分流板結構對燃燒室內的流場有很大影響,這僅僅是從直觀上對燃燒室內的氣流分布有了一個認識。為了更好地分析氣流分布的均勻程度,在火排上方截取3個平面,利用這3個平面上的速度分布來分析其氣流混合的均勻程度。燃氣燃燒的火焰高度一般為5~7cm,所以,這3個平面所在的區域基本上就是火焰燃燒的區域我們所關注的氣流均勻程度對火焰從試驗數據中可以看出,無論是哪種形式的分流板,在煙道出口下方的4號測點附近的①體積分數明顯低于其他區域。這表明在這個區域內火焰的燃燒非常充分。4號測點的位置在燃燒室的右側,正處于排煙口下方,排煙非常順暢。在這個區域內,氣流速度一般為3m/s左右,而且氣流混合非常均勻,沒有任何旋渦出現。從數值模擬和試驗數據燃燒的影響也是集中的體現在這!區域內。也觸趾的輸分析可得燃燒室內流場的分布情況與火焰燃燒的情況是密切相關的,二次空氣流場的分布對整個的燃燒工況有很大的影響。所以,從熱水器的整體性能上講,燃燒室內二次空氣的流場分布是一個很重要的因素。

  均孔徑空氣分流板的一個非常明顯的缺點就是導致了燃燒室內靠近風機一側的空氣流速過大,而遠離風機一側的空氣流速過小。在流速過大的一側,其二次空氣流量過大,這樣就使得燃燒區域的溫度偏低,使燃氣不能得到充分燃燒;另一方面,流速過大的二次空氣會使尚未燃盡的燃氣迅速脫離燃燒區域這樣也導致了燃氣燃燒的不完全。而在空氣流速過小的一側,由于空氣流量不足以支持燃氣的完全燃燒,所以也使一部分燃氣未燃盡就脫離了反應區。

  安裝了變孔徑的空氣分流板后,可以看出燃燒室內的二次空氣流場有了明顯的改善。遠離風機一側的二次空氣流速得到了明顯的提高,相應地,由于減少了靠近風機一側分流板的開孔數目與開孔孔徑,這一側的空氣流速也得以減小,這樣就使得整個燃燒器上方的氣流分布比較均勻。變孔徑的分流板的一個很明顯的缺陷就是火排上方中部的氣流速度偏小。這是因為靠近風機一側的氣流速度雖然通過減小分流板的流通面積得到了一定的控制,但是由于靠近風機出口,所以氣流速度還是比較大,而遠離風機的一側增大了空氣的流通面積,又靠近燃燒室的排煙口所以氣流速度得到了明顯的提高。相比之下,燃燒室火排上方中間區域的速度就顯得偏小,這個區域內二次空氣的流速一般都在2m/s以下,這樣的空氣流速不足以支持燃氣的完全燃燒,所以從CO測點的數據上,中間區域(2 5測點)的①體積分數比起4號測點還是偏高。但是從總的效果上看,和均孔徑分流板相比,使用了變孔徑分流板已經取得了很好的效果。這種流速兩側大,中間小的流場分布就是強鼓式熱水器燃燒室的典型的流場分布,它避免了出現某一側氣流速度過大的現象,這樣就避免了在燃燒室內較大的氣流旋渦和氣流擾動的形成,這一點是很關鍵的。

  對變孔徑的空氣分流板進行適當的改進,就是將靠近中間位置的開孔孔徑增大?;鹋派戏街胁康臍饬魉俣鹊玫搅嗣黠@的提高,火排上方的氣流分布更加均勻。這點從3個平面速度均方差§與速度分布上也得到了證實。在試驗上,安裝了改進后的空氣分流板,熱水器排煙口的CO體積分數也減少,說明燃氣在燃燒室內的燃燒更加充分。

  從上面的分析中可以看出,通過改進熱水器內空氣分流板的形式,可以很明顯地改善燃燒室內的氣流分布,燃燒室內均勻的氣流分布,是燃氣燃燒充分的很重要的條件。

  4結論燃燒室內二次空氣的氣流分布對燃燒室內燃氣的燃燒工況有重要的影響。

  通過改變空氣分流板的形式,可以明顯地改善燃燒室內二次空氣的氣流分布。

  控制燃燒室內二次空氣的氣流分布,使二次空氣的氣流分布比較均勻,但只是簡單地減小靠近風機一側的開孔孔徑也不是完全合理,這樣造成的結果會使得火排上方中間部分的氣流流速過小。

  改進后的分流板在增大了中間部分的開孔孔徑(也可以增加開孔數目),在一定程度上使火排上方中部的氣流速度得到了增大。使燃燒室內氣流分布更加均勻,燃氣的燃燒也更加充分。但是由于強鼓式熱水器燃燒室特殊的非對稱結構,僅僅通過改變空氣分流板的形式以使二次空氣氣流分布的徹底改善尚有一定的困難。

  數值模擬為試驗提供了強有力的理論支持,避免了試驗的盲目性和重復勞動。

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