一种新型高效燃气灶的设计、模拟及实验研究

摘要

本课题以研究天然气高效率燃烧和提高燃气灶热效率为目的，设计了一种新型高效的商用燃气灶。通过CFD数值模拟建立模型对其进行了冷热态模拟，分析并研究了其内部构造的压力与燃烧方式的区别以及烟气排放性能。并根据市场需求样式与尺寸建造出了该款新型燃气灶及其燃气效率测试体系。
　　 本课题对现有的大气式燃气灶的燃烧方式及尺寸形状进行研究，设计出了一款具有保温和蓄热装置的高效燃气灶，深入了解了其工作原理和技术要点，基本的设计思维和运作方式;然后，将其影响实验结果的重要部件进行重新设计与完善，提出了几种典型方案，在性能与构造方面与传统的燃气灶进行彻底的比较与分析，并得出新型燃气灶的技术优势所在。
　　 在数值模拟中，介绍了模型的建立、网格的划分、关键控制方程的分析、边界条件的设置、化学组分输运的介绍与分析、湍流模型及辐射模型的选择并对本课题选用的模型进行理论介绍与分析，并与经典燃气灶模型案例进行结构分析与对比，选择对应的模型方程。然后对不同燃烧室模型建立不同结构的物理模型，并进行冷态模拟计算分析，研究其构造对烟气卷吸率、燃烧流动的影响，并选出了最佳的燃烧室模型;对燃气孔孔径大小进行研究分析，计算烟气卷吸率对内部流动的影响，分析燃烧室燃烧温度场的平均温度与峰值温度、并锅面吸热率进行热效率分析与处理，从数值模拟角度分析与判断了新型燃气灶的最佳模型。最后，根据模拟计算结果提出一种最佳的实验测试方案建造出新型燃气灶的测试系统及其配套设施，包括鼓风系统、热效率测试系统、排烟系统和红外点火系统。
　　 在冷热态实验测试中，分析了新型高效商用燃气灶燃烧室与烟气回收室内的速度分布与压力分布，并将其与传统燃气灶进行了热效率对比试验研究和烟气成分对比，得出了结论:新型高效燃气灶横纵向预混燃烧方式使得燃气在炉灶内得到充分燃烧，其热效率比传统燃气灶热效率高出10％，且用气费用更便宜。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 研究现状

1．2．2 发展动态分析

1．3 本课题主要研究内容

第二章 具有余热回收功能的高效燃气灶的设计

2．1 燃气灶设计方案

2．1．1 方案一

2．2．1 方案二

2．2．1 方案三

2．2 设计方案技术优势对比

2．3 烟气容量的设计

2．4 风机的选择

2．5 小结

第三章 数值模拟理论研究

3．1 控制方程

3．1．1 质量守恒方程

3．1．2 动量守恒方程

3．1．3 能量守恒方程

3．2 数值模拟基础

3．2．1 湍流模型

3．2．2 化学组分输运模型

3．2．3 辐射模型

3．3 边界条件及物性参数

3．4 网格的划分方法

第四章 燃气灶模型数值模拟结果分析

4．1 新型高效燃气灶模型的建立与网格划分

4．1．1 模型的校正

4．1．2 燃气灶网格模型

4．2 模型参数的设置

4．2．1 数学模型及材料参数的设置

4．2．2 操作条件的设置

4．2．3 区域类型的设置

4．2．4 边界条件的设置

4．3 初始化的定义及收敛判定方法

4．4 模拟计算结果的相关量定义及计算

4．5 模拟结果及分析

4．5．1 冷态流场的模拟

4．5．2 燃烧及传热的模拟

4．6 小结

第五章 实验研究

5．1 新型高效燃气灶实验测试系统

5．1．1 实验燃气炉灶

5．1．2 实验系统

5．2 冷态实验研究

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验测试方法

5．2．3 实验工况

5．2．4 实验结果与分析

5．3 热态实验研究

5．3．1 实验目的

5．3．2 实验测试方法

5．3．3 实验工况

5．3．4 实验结果与分析

5．4 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

附录 (攻读学位期间所取得的学术成果)