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. . . .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12T3。2设计依据2.1原始数据(1)天然气的额定工作压力为2000Pa(2)一次空气系数=0.6(3)燃气温度为15(4)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/m3)华白数/(MJ/m3)燃烧势cp理论干烟气中CO2体积分数(%)H1HhW1Wh12T3CH4=92.5N2=7.50.58631.4634.9541.1145.6736.311.632.2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 = H 1 r1 + H 2 r2 + + H n rn (2-1)式中 H 燃气(混合气体)的低热值( kJ / Nm3 );H 1 , H 2 , H n 燃气中各可燃组分的低热值( kJ / Nm3 ),查表可得;r1 , r2 , rn 燃气中各可燃组分的容积分数,(原始数据);2.2.2燃气密度计算根据混合法则按下式进行计算: g = 1r1 + 2r2 + + n rn (2-2)式中g 燃气(混合气体)的密度 (kg / Nm 3 ) ;1 , 2 , 3 燃气中各组分的密度 (kg / Nm 3 ) ,查表可得;r1 , r2 , rn 燃气中各可燃组分的容积分数,(原始数据);2.2.3燃气相对密度计算 (2-3)式中 s 燃气的相对密度,无纲量;g 燃气(混合气体)的密度 (kg / Nm 3 ) 。2.2.4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:0.5 H 2 + 0.5CO + ( m + 4/n)Cm H n + 1.5H 2 S O2 (2-4)式中 V0 理论空气需要量 ( Nm 3干空气 / Nm 3 干燃气) ;H2 , CO, Cm H n , H 2 S 燃气中各种可燃组分的容积分数;O2 燃气中氧的容积成分;2.3头部计算2.3.1计算火孔总面积 (2-5)式中 F p 火孔总面积 (mm 2 ) ;Q 设计热负荷 (Kw) ;q p 额定火孔强度 Kw / mm 2 。2.3.2计算火孔数目 (2-6)式中 n 火孔数目(个)F p 火孔总面积 (mm 2 ) ;d p 单个火孔的直径; 圆周率,取3.14 。2.3.3计算火孔间距s = 2.5d p (2-7)式中 s火孔间距(mm);d p单个火孔的直径。2.3.4计算火孔深度 h=2.3dp (2-8)式中 h火孔深度(mm)d p 单个火孔的直径。2.3.5计算头部截面Fh = 2 F p (2-9)式中 Fh 头部截面积 (mm 2 ) ;F p 火孔总面积 (mm 2 ) 。2.3.6计算头部截面直径 (2-10)式中 Dh 头部截面直径 (mm) ;F p 火孔总面积 (mm 2 ) 。2.3.7计算火孔阻力系数 (2-11)式中 p 火孔阻力系数; p 火孔流量系数。2.3.8计算头部能量损失系数 (2-12)式中 K1头部能量损失系数,无量纲;p火孔阻力系数;t 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)式中 u 引射系数,无量纲;一次空气系数,无量纲;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 型引射器,可使引射器的尺寸最小,其能量损失系数K=3。2.4.3计算燃气流量 (2-14)式中 Lg燃气的流量(Nm3 /h);Q设计热负荷(Kw);Hl混合气体的低热值(kJ / Nm3 )。2.4.4计算喷嘴直径 (2-15)式中 d 喷嘴直径(mm);Lg燃气的流量(Nm3 /h);s 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 Fj喷嘴截面积(mm2 )d 喷嘴直径(mm);2.4.6计算最佳燃烧器参数 (2-17)式中 Flop燃烧器参数,无量纲;K 引射器能量损失系数,无量纲;K1 头部能量损失系数,无量纲。2.4.7计算A值 (2-18)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;Fp火孔总面积(mm2 );Flop燃烧器参数,无量纲。2.4.8计算X值 (2-19)式中 X设定量;A设定量。2.4.9计算引射器喉部面积 (2-20)式中 Ft引射器喉部面积(mm2 );X设定量;Flop燃烧器参数,无量纲;Fp火孔总面积 (mm2 )。2.4.10计算引射器喉部直径 (2-21)式中 d 引射器喉部直径(mm);Ft引射器喉部面积(mm2 ); 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)式中 hic火焰内锥高度(mm);K 与燃气性质及一次空气系数有关的系数;fp单个火孔的面积(mm2 );qp火孔热强度(Kw /mm2 ),已知2.5.2火焰外锥高度 (2-23)式中 hout火焰外锥高度(mm);n 火孔排数;n1表示燃气性质对外锥高度影响的系数;fp单个火孔的面积(mm2 );qp火孔热强度(Kw /mm2 ),已知。dp单个火孔的直径,已知。2.6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 (2-24)式中 Di第i 排火孔的分布直径(mm);ni 第i 排火孔的个数; 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H1=31460KJ/m3,=0.586kg/m3。一次空气系数=0.6,过剩空气系数=1.8,二次空气流速取0.5m/s,火孔出口温度为100,火孔内平均温度为330K,火孔出口温度为373K,火孔热强度qp=8W/mm2。3.2详细计算步骤3.2.1头部计算(1)计算火孔总面积Fp取火孔热强度qp=8W/mm2 则火孔的总面积=mm2=500mm2(2)确定火孔尺寸及数目n,选择圆火孔直径dp=3.0mm,所以火孔数目=71个,采用凸缘铸铁头部,孔深为2倍的火孔直径为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Fh = 2 F p,燃烧器头部流通截面积至少为其后火孔总面积的2倍,所以头部截面积为mm2=500mm2(5)计算理论空气量0.5 H 2 + 0.5CO + ( m +4/n )Cm H n + 1.5H 2 S O2 =8.81m3/m3(6)二次空气面积按计算内排孔所需二次空气口面积。内排孔的热负荷约为总热负荷的30%,为430%=1.2Kw,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=807mm2(7)计算头部能量损失系数K1选取火孔流量系数p=0.8,火孔阻力系数=0.56,混合气体在火孔出口的温度Tp=373K。3.2.2引射器计算(1)一次空气系数,按式计算引射器系数,=9.02(2)选取引射器形式,本设计采用 型引射器,可使引射器的尺寸最小,其能量损失系数K=3。(3)计算喷嘴直径 燃气流量为 =1.65mm 相应喷嘴截面积:2.14mm2(4)计算最佳燃烧器参数=(5)计算A值 A1,说明燃气压力有富余,计算工况为非最佳工况(6)计算X值 =(7)计算引射器喉部面积=0.411.16500=237.8mm2=mm取喉部直径dt=17mm(8)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 =0.6,可查得天然气K=0.15,按式(2-22)计算=0.860.157.078103=7.30mm(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)计算=0.8621(3
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