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目前,国内民用燃气具行业新型燃烧器的研发主要依靠试验方法,结构上的每一改变,都必须通过大量的试验才能确定其效果。这种研发方式存在周期长、成本高的问题。本文以旋流型燃气灶为对象,研究探讨燃气灶燃烧的数值模拟方法。
为合理确定数值模拟所需的重要边界条件和正确修正燃烧模型,论文以甲烷为燃料分别开展了旋流燃烧器的实验研究和数值模拟研究。在试验时,按照国家标准测得了灶台面温度、百叶窗表面温度、局部火焰温度、产物中一氧化碳含量以及热效率。在数值模拟时,采用了涡耗散燃烧模型,分段线性比热,利用FLUENT软件,得到了火焰的温度场、浓度场和锅底热流量。通过比较,发现最初的模拟结果在火焰温度方面比实验结果高出很多。为解决这一问题,引入等效比热系数的概念对原燃烧模型进行修正,研究指出,在等效比热系数为2.2时,模拟结果和实验结果基本吻合。为建立旋流燃气燃烧器数值试验平台解决了关键问题。
论文利用该模拟方法,对旋流燃烧器的火焰特性进行了研究,结果表明:火焰之间相互搭接,火焰分布与火孔相对应,与实际观察到火焰外观特性完全一致。
论文利用该模拟方法,研究了一次空气系数、锥角、锅支架高度对燃气灶热效率的影响。结果表明,随着这三个参数的增大,热效率先增大后减小。其最大值分别发生在一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5mm时。
论文最后应用正交试验方法研究了这三个参数对热效率影响的显著性。同时表明:一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5mm为最优水平组合。