燃气燃烧与应用课程设计

1 设计概述该课程设计是某品牌燃气灶具的设计与计算，本人设计的为天然气 12T32 设计依据2.1 原始数据1)天然气的额定工作压力为 2000Pa一次空气系数a =0.6(3)燃气温度为15C4)设计热负荷 4Kw(5)天然气12T3的相关参数表 2-1类别体积分数()相对密度热值 /(MJ/m华白数/(MJ/ms)燃烧势cp理论干烟气中CO体2积分数(%)H1HhW1Wh12T3CH =92.54N =7.520.58631.4634.9541.1145.6736.311.632.2 燃气基本参数的计算2.2.1热值的计算根据混合法则按下式进行计算H = Hr + Hr +Hr1 1 2 2 n n（2-1）式中H 燃气（混合气体）的低热值（ kJ / Nm3 ）；H , H，- - - H 燃气中各可燃组分的低热值（kJ / Nm3 ）,查表1 2 n可得；r , r，- - r燃气中各可燃组分的容积分数，（原始数据）；1 2 n2.2.2燃气密度计算根据混合法则按下式进行计算：p = p r + pr +p rg 11 2 2 n n式中p 燃气（混合气体）的密度 （kg / Nm3） ；gp , p , p 燃气中各组分的密度 （kg / Nm3 ） ，查表可得； 123r , r，- - r燃气中各可燃组分的容积分数，（原始数据）;1 2 n2.2.3燃气相对密度计算P2-3)s 二1. 2909P 燃气(混合气体)的密度(kg / Nm3 ) og2.2.4理论空气需要量的计算当燃气组分已知，可按下式计算燃气燃烧所需理论空气量：V = 0.5 H + 0.5CO+ 刀(m + 4/n)C H + 1.5h S - O (2-4)0 21 2 m n 2 2式中V 理论空气需要量 ( Nm 3干空气 / Nm 3 干燃气) ；H , CO, C H , H S 燃气中各种可燃组分的容积分数；2m n 2O 燃气中氧的容积成分；22.3 头部计算2.3.1计算火孔总面积F = (2-5)pqp式中F 火孔总面积 (mm 2 ) ； pQ 设计热负荷 (Kw) ；q 额定火孔强度 Kw / mm 2 p2.3.2计算火孔数目4Fn = p(2-6)nd 2pF 火孔总面积 (mm 2 ) ；pd 单个火孔的直径； pn圆周率，取3.14 。2.3.3计算火孔间距s = 2.5d(2-7)p式中s火孔间距(mm)；d 单个火孔的直径。 p2.3.4计算火孔深度h=2.3d(2-8)p式中h火孔深度(mm)d 单个火孔的直径。p2.3.5计算头部截面F = 2 F (2-9) hp式中F 头部截面积 (mm 2 ) ； hF 火孔总面积 (mm 2 ) 。p2.3.6计算头部截面直径式中,4Dh二孑2-10)头部截面直径 (mm) ； 火孔总面积 (mm 2 ) 。2.3.7计算火孔阻力系数2-11)1 _ p 2Up2P式中火孔阻力系数； 火孔流量系数。2.3.8计算头部能量损失系数2-12)K = g + 2 x 273 + t _ 1 1 p273式中K1头部能量损失系数，无量纲;E 火孔阻力系数；pt 混合气体在火孔出口的温度。2.4引射器计算2.4.1计算引射器系数2-13)s 燃气的相对密度，无纲量2.4.2计算引射器形式本设计采用山型引射器，可使引射器的尺寸最小，其能量损失系数K=32.4.3计算燃气流量2-14)3600Q_Hl式中L 燃气的流量(Nm3 /h)；gQ设计热负荷(Kw)；H混合气体的低热值(kJ / Nms )2.4.4计算喷嘴直径式中2-15)d 喷嘴直径(mm)；L 燃气的流量(Nm3 /h)； gs 燃气的相对密度，无纲量。H 燃气的额定工作压力(Pa )。2.4.5计算喷嘴截面积2-16)式中F喷嘴截面积(mm2 )jd 喷嘴直径(mm)；2.4.6计算最佳燃烧器参数式中FlopFlop2-17)燃烧器参数，无量纲；引射器能量损失系数，无量纲； 头部能量损失系数，无量纲。2.4.7计算 A 值A 二 K(1 + 卩)(1 + ys)FFp lop2-18)式中A 设定量，K 引射器能量损失系数，无量纲;u 引射系数，无量纲;s 燃气的相对密度，无纲量;F火孔总面积(mm2 )；p248计算X值Flop燃烧器参数，无量纲。2-19)X 二 1 - J1 - A2式中X设定量;A设定量。2-20)2.4.9计算引射器喉部面积F = XF F t lop p式中F引射器喉部面积(mm2 )；tX设定量；F 燃烧器参数，无量纲； lopF 火孔总面积 (mm2 )。p2.4.10 计算引射器喉部直径2-21)；4F t:冗式中D 引射器喉部直径(mm);F引射器喉部面积(mm2 )；tn 圆周率，取3.1415。2.4.11 引射器其他尺寸计算方式如图2.5火焰高度计算2.5.1火焰内锥高度2-22)h = 0. 86Kf q x 103ic p p式中h火焰内锥高度(mm)；icK 与燃气性质及一次空气系数有关的系数f单个火孔的面积(mm2 )；pq 火孔热强度(Kw /mm2 )，已知p2.5.2火焰外锥高度hout0.86nn1fqp px 1032-23)式中h 火焰外锥高度(mm)；outn 火孔排数；n 表示燃气性质对外锥高度影响的系数1f单个火孔的面积(mm2 )；pq火孔热强度(Kw /mm2 )，已知。pd 单个火孔的直径，已知。p2.6 火孔排列2.6.1确定火孔个数根据计算出的火孔总个数，确定每排火孔的个数，合理分配布置2.6.2火孔分布直径的计算7.5ni兀2-24)式中D第i排火孔的分布直径(mm)；in 第 i 排火孔的个数；in圆周率，本设计取3.14。3 设计方案计算3.1已知计算参数已知燃烧器的热负荷为Q=4Kw，气源为天然气H =31460KJ/m3,1P =0.586kg/m3。一次空气系数a =0.6,过剩空气系数a=1.8,二次空气流速取g0.5m/s,火孔出口温度为100C,火孔内平均温度为330K,火孔出口温度为373IK, 火孔热强度q =8W/mm2。p3.2详细计算步骤3.2.1头部计算（1）计算火孔总面积F取火孔热强度q二8W/mm2pp则火孔的总面积F =卫_ =4mm2=500mm2p q 8.0 x 10-3p（2）确定火孔尺寸及数目n,选择圆火孔直径d =3.0mm，所以火孔数目pn = 玉 =4 X 500 =71个，采用凸缘铸铁头部，孔深为2倍的火孔直径 nd 23.14 x 32p为6.0mm。火孔间距离为直径的2倍为6mm。3）火孔排列,火孔布置两排,内圈占 30%,外圈占 70%。4）燃烧器头部截面积,进入头部的气流分为两路,每一路流通截面积所涉及的火孔面积为总面积的1/2。根据F二2 F ,燃烧器头部流通截面积至少 h p为其后火孔总面积的 2倍,所以头部截面积为2x500丁mm2=500mm25）计算理论空气量V 丄0.5 H + 0.5CO+刀（m+4/n ）C H + 1.5H S - O = 8.81m3/m30 21 2 m n 2 2（6）二次空气面积按F- ”0 g x 106计算内排孔所需二次空气口面v Ha1积。内排孔的热负荷约为总热负荷的30%，为4X30%o=1.2IKw，过剩空气系数取1.8,二次空气流速为0.5m/s,则内排孔所需二次空气口面积(a - aV 妒 “(1.8 - 0.6) X 8.811.2F =0X 106 =XX 106 =807mm20.5v H0. 531460a1(7)计算头部能量损失系数IK选取火孔流量系数=0.8，火孔阻力系数1p1 LX 2 g = =0.56，混合气体在火孔出口的温度T=373K。pX2ppTT330373K 二 g 亠 + 2 x (亠)1 二 0.56 x 一 + 2 x 一 1 二 2. 231 p 2882882882883.2.2 引射器计算aVa V一次空气系数a = 0.6，按u二 J式计算引射器系数，u二 J =9.02 ss(2)选取引射器形式，本设计采用山型引射器，可使引射器的尺寸最小，其能量损失系数 K=3。计算喷嘴直径4)5)燃气流量为qv ,gd=j36001叵=, -0. 004 X 贰相应喷嘴截面积：Fj计算最佳燃烧器参数Flop计算 A 值=3600 x 4314600. 4580. 72；0. 004 x 0.8 X:2000d 2 = 2.14mm24 j1.16二 0.458二 1.65mmFFp lopA K(1 + X)(1 + xs)F3 X (1 + 9. 02)(1 + 9.02 x 0. 586) x 2. 14 心A =二=0. 697500 x 1. 16AV1,说明燃气压力有富余，计算工况为非最佳工况（6）计算X值0.6977)计算引射器喉部面积X = k = .6972 二 0.41 A8)F = XF F =0.41 X1.16X500=237.8mm2t lop p4 x 237.8 二 17 mm3. 14取喉部直径 d=17mmt引射器其他尺寸图如图 3-13.2.3 火焰高度计算及加热对象的设置高度（1）火焰内锥高度a =0.6，可查得天然气K=0.15,按式（2-22）计算h = 0.86Kf q x 103=0.86 X0.15X 7.07 X8X 103=7.30mm ic p p（2）火焰外锥高度取火孔6mm，查得s=1.04，火孔排数n=2,按式（2-23）计f q7.07810h = 0. 86nn -p x 10a =0.86X2X1 X 7. 07 x 匕x 10-3 x 103 二 56.2mm out1 vd、打p3）加热对象的设置高度 设内圈火孔和外圈火孔轴线与燃烧器平面夹角为60，为了不影响火焰燃烧，火孔出口与加热对象的垂直高度 h 应为h=56.2mm X sin60 =48.7mm