燃气燃烧与应用课程设计.docx

1、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=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 +

2、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

3、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

4、 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

5、 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 / Nm

6、3 )。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

7、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 （2-2

8、3）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

9、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

10、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

11、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）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=56.2mmsin60=48.7mm