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α’=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2-12.2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 = H1r1 + H2r2 + ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ + H n r n（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 / Nm 3 ），查表可得； r 1 , r 2 ,⋅ ⋅ ⋅r n ——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：ρ g = ρ1r 1 + ρ 2r 2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ρ n r n （2-2）式中ρg ——燃气（混合气体）的密度 (kg / Nm 3 ) ；ρ1 , ρ2 , ρ3 ——燃气中各组分的密度 (kg / Nm 3 ) ，查表可得； r 1 , r 2 ,⋅ ⋅ ⋅r n ——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2909.1gs ρ=（2-3）式中s ——燃气的相对密度，无纲量；ρg ——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：2110=V [0.5 H 2 + 0.5CO + ∑ ( m + 4/n)C m H n + 1.5H 2 S − O 2 ] （2-4） 式中V 0 ——理论空气需要量 ( Nm 3干空气 / Nm 3 干燃气) ； H 2 , CO, C m H n , H 2 S ——燃气中各种可燃组分的容积分数； O 2 ——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pp q QF =（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2π4pp d F n =（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； π ——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=2.3d p （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F h = 2 F p （2-9）式中F h ——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πph F D 4=（2-10）式中D h ——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22p 1ppμμξ-=（2-11）式中ξ p ——火孔阻力系数； µ p ——火孔流量系数。

2.3.8计算头部能量损失系数127327321-+⨯+=tK p ξ （2-12） 式中 K 1——头部能量损失系数，无量纲；ξp ——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sV u 0'∂=（2-13）式中 u ——引射系数，无量纲；α’——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Ⅲ 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lg H QL 3600=（2-14）式中 L g ——燃气的流量(Nm 3 /h)；Q ——设计热负荷(Kw)；H l ——混合气体的低热值(kJ / Nm 3 )。

2.4.4计算喷嘴直径40035.0HsL d gμ=（2-15）式中 d ——喷嘴直径(mm)；L g ——燃气的流量(Nm 3 /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24dF j π=（2-16）式中 F j ——喷嘴截面积(mm 2 )d ——喷嘴直径(mm)；2.4.6计算最佳燃烧器参数1K F lop =（2-17） 式中 F lop ——燃烧器参数，无量纲；K ——引射器能量损失系数，无量纲； K 1 ——头部能量损失系数，无量纲。

2.4.7计算A 值lopp F F s K A )1)(1(μμ++=（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； F p ——火孔总面积(mm 2 )； F lop ——燃烧器参数，无量纲。

2.4.8计算X 值AA X 211--=（2-19）式中 X ——设定量；A ——设定量。

2.4.9计算引射器喉部面积p lop t F XF F = （2-20）式中 F t ——引射器喉部面积(mm 2 )；X ——设定量；F lop ——燃烧器参数，无量纲； F p ——火孔总面积 (mm 2 )。

2.4.10计算引射器喉部直径πtt d =（2-21）式中 d ——引射器喉部直径(mm)；F t ——引射器喉部面积(mm 2 )； π ——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31086.0⨯=p p ic q Kf h （2-22）式中 h ic ——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； f p ——单个火孔的面积(mm 2 )； q p ——火孔热强度(Kw /mm 2 )，已知2.5.2火焰外锥高度311086.0⨯=pp p out d q f nn h （2-23）式中 h out ——火焰外锥高度(mm)；n ——火孔排数；n 1——表示燃气性质对外锥高度影响的系数； f p ——单个火孔的面积(mm 2 )； q p ——火孔热强度(Kw /mm 2 )，已知。

d p ——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πii n D 5.7=（2-24）式中 D i ——第i 排火孔的分布直径（mm ）；n i —— 第i 排火孔的个数； π ——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 1=31460KJ/m 3，g ρ=0.586kg/m 3。

一次空气系数α’=0.6，过剩空气系数α=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q p =8W/mm 2。

3.2详细计算步骤3.2.1头部计算（1）计算火孔总面积F p 取火孔热强度q p =8W/mm 2 则火孔的总面积p p q QF ==3100.84-⨯mm 2=500mm 2 （2）确定火孔尺寸及数目n ，选择圆火孔直径d p =3.0mm ，所以火孔数目2π4ppd F n ==2314.35004⨯⨯=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F h = 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2500222⨯=⨯=ph F F mm 2=500mm 2 （5）计算理论空气量2110=V [0.5 H 2 + 0.5CO + ∑ ( m +4/n )C m H n + 1.5H 2 S − O 2 ]=8.81m 3/m 3 （6）二次空气面积按61"0'10')("⨯∂-∂=H v V F aφ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4×30%=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61"0'10')("⨯∂-∂=H v V F aφ=610314602.15.081.8)6.08.1(⨯⨯⨯-=807mm 2（7）计算头部能量损失系数K 1选取火孔流量系数μp =0.8，火孔阻力系数22p 1ppμμξ-==0.56，混合气体在火孔出口的温度T p =373K 。

23.21288373228833056.01)288(22881=-⨯+⨯=-⨯+=pppT T K ξ 3.2.2引射器计算（1）一次空气系数6.0'=∂，按sV u 0'∂=式计算引射器系数，sV u 0'∂==9.02（2）选取引射器形式，本设计采用Ⅲ 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h m H q g v 31,458.031460436003600=⨯==φ4,004.0g g gv j p q d ρμ===⨯⨯4200072.08.0004.0458.0 1.65mm 相应喷嘴截面积：==24j j d F π2.14mm 2（4）计算最佳燃烧器参数1K K F lop ==16.123.23= （5）计算A 值697.016.150014.2)586.002.91)(02.91(3)1)(1(=⨯⨯⨯++⨯=++=lop p j F F F s K A μμ A ＜1，说明燃气压力有富余，计算工况为非最佳工况 （6）计算X 值 AA X 211--==41.0697.0697.0112=--（7）计算引射器喉部面积p lop t F XF F ==0.41×1.16×500=237.8mm 2πtt F d 4==178.23714.34=⨯mm 取喉部直径d t =17mm （8）引射器其他尺寸图如图3-1青岛滨海学院12建环课程设计11 3.2.3火焰高度计算及加热对象的设置高度（1）火焰内锥高度 α’=0.6，可查得天然气K=0.15，按式（2-22）计算31086.0⨯=p p ic q Kf h =0.86×0.15×7.07×8×103=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311086.0⨯=p p p out d q f nn h =0.86×2×1×mm 2.5610310807.733=⨯⨯⨯-（3）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 ×sin60°=48.7mm。