燃气燃烧与应用课程设计.docx
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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2-1
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（%）
H1
Hh
W1
Wh
12T3
CH4=92.5
N2=7.5
0.586
31.46
34.95
41.11
45.67
36.3
11.63
2.2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+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+Hnrn（2-1）
式中
H——燃气（混合气体）的低热值（kJ/Nm3）；
H1,H2,⋅⋅⋅Hn——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：
ρg=ρ1r1+ρ2r2+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+ρnrn（2-2）
式中
ρg——燃气（混合气体）的密度（kg/Nm3）；
ρ1,ρ2,ρ3——燃气中各组分的密度（kg/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）；
2.2.3燃气相对密度计算
（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/Nm3）。
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：
[0.5H2+0.5CO+∑（m+4/n）CmHn+1.5H2S−O2]（2-4）
式中
V0——理论空气需要量（Nm3干空气/Nm3干燃气）；
H2,CO,CmHn,H2S——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
Fp——火孔总面积（mm2）；
Q——设计热负荷（Kw）；
qp——额定火孔强度Kw/mm2。
2.3.2计算火孔数目
（2-6）
式中
n——火孔数目（个）
Fp——火孔总面积（mm2）；
dp——单个火孔的直径；
π——圆周率，取3.14。
2.3.3计算火孔间距
s=2.5dp（2-7）
式中
s——火孔间距（mm）；
dp——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）
dp——单个火孔的直径。
2.3.5计算头部截面
Fh=2Fp（2-9）
式中
Fh——头部截面积（mm2）；
Fp——火孔总面积（mm2）。
2.3.6计算头部截面直径
（2-10）
式中
Dh——头部截面直径（mm）；
Fp——火孔总面积（mm2）。
2.3.7计算火孔阻力系数
（2-11）
式中
ξp——火孔阻力系数；
µp——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；
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
（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
（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）；
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
（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；
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H1=31460KJ/m3，
=0.586kg/m3。
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=2Fp，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
[0.5H2+0.5CO+∑（m+4/n）CmHn+1.5H2S−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
=
=807mm2
（7）计算头部能量损失系数K1选取火孔流量系数μp=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
=
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
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
=
（7）计算引射器喉部面积
=0.41×1.16×500=237.8mm2
=
mm
取喉部直径dt=17mm
（8）引射器其他尺寸图如图3-1
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
=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
=0.86×2×1×
（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
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