燃气灶炉头大气式燃烧器的设计分析

燃气炉具引射器的设计燃气炉具的燃烧方式分为：扩散燃烧、大气式燃烧、部分预混式燃烧、鼓风式燃烧。

在我们现在的灶具产品上通常采用的燃烧方式为大气式燃烧，其工作过程是燃气从喷嘴高速喷出后。

引射四周的静止空气(一次空气)一起进入引射器，在引射器内燃气与引射进入的空气实现完全混合，并经减速扩压后进入燃烧器头部，可燃混气从头部火孔流出被点燃生成本生火焰。

大气式燃烧器的主要特点是燃气在着火前已与一次空气混合，而一次空气的供给是靠燃气引射四周空气实现的。

所以，大气式燃烧器又称大气引射式燃烧器，这种燃烧过程的组织方式称大气燃烧或局部预混燃烧。

大气式燃烧器的主要优点是燃烧工况易于调节，燃烧充分、温度较高，一次空气供给靠燃气射流卷吸四周空气，不需要外部动力，因而结构简单，制作方便，在燃气灶具上应用广泛。

结构如图一所示。

从图中可看出大气式燃烧器由三部分组成：燃气喷嘴，引射器与头部。

下面我们通过一个实例来讨论燃烧器的计算：已知：一台炉具其热负荷Q=4Kw,使用燃气为液化气，燃气低热值Hi=109．4MJ／Nm3,相对密度S=1．686,燃气理论空气量V0=35．71Nm3／Nm3，一次空气系数a0=0．6一、头部计算：1、计算火孔面积F p：假设火孔直径是Φ1．5mm,火孔热强度q p6．5W／mm2则F p／q p=4000／6．5=615mm22、火孔个数：单个火孔面积S=1．77mm2则火孔总个数N=F p／1．77=3493、设定火孔的总排数为4排4、燃烧器的管径5、头部能量损失k1：火孔流量系数μp=0．68阻力系数§p=(1-μp2)／μ=0．79k1=§p+2((273+t)／273)-1=3．26二、引射管的计算：1、引射系数μ：μ=α0V0／S=0．6x35．71／1．686=12．7其中α0是一次空气系数2、选取的引射器形式如图二所示：此款炉头的k取为1．53、计算喷嘴直径d：其中喷嘴的流量系数μ取为0．834、计算最佳燃烧器参数F oP5、计算A值A=K(1+μ)(1+μs)FJ／Fp／Fop＝1．5(1+12．7)(1+12．7×1．686)×0．865／615／0．678=0．956计算得出A＜1其中FJ为喷嘴面积A=1为最佳燃烧工况A＞1设计失败A＜1一次空气不足(一般情况小于1)6、计算X值7、计算喉部直径DF1=XF op=0．739×0．678=0．5F t=F1F p=0．5×615=307．5mm2计算出喉部直径D=19．8mm一般情况下喉部直径为喷嘴直径的15～16倍。

基于传热性能分析的大气式燃气灶结构优化发布时间：2022-10-12T09:15:45.644Z 来源：《中国科技信息》2022年6月第11期作者：韩君庆[导读] 采用计算流体力学的手段对仿真大气式燃气灶在不同锅支架高度下的燃烧情况进行模拟，韩君庆华帝股份有限公司摘要：采用计算流体力学的手段对仿真大气式燃气灶在不同锅支架高度下的燃烧情况进行模拟，然后将模拟结果与实际结果对比，分析模拟数据计算的准确性，从而也能判断计算流体力学这一方法的可靠性。

从流体力学的角度分析，锅支架高度的变化会对锅底在对流换热系数、锅底近区域流体与锅壁之间的传热温差产生一定的影响。

按照模拟数据分析，锅支架高度降低对锅底近壁面区域的传热性能不会造成极大的影响，不过锅底的平均对流传热系数会增加，那么大气式燃气灶的热效率也会提高；若是锅支架的高度提高，那么锅底对流换热系数以及近壁面区域传热温差也会减少，因此对流传热能力会减少，大气式燃气灶的热效率也会降低。

关键词：传热性能；大气式燃气灶；结构优化大气式燃气灶作为燃气灶的重要结构模式，针对其结构进行研究和优化对提高热效率有积极影响。

大气式燃气灶的火焰向被加热物体进行传播的方式包括热传导、热对流、热辐射三种，通过火焰的外焰以及烟气的对流传热向锅具传递热量是主要方式，对流传热的能量占总传热量的90%以上。

在热平衡的角度上分析，如何提高被加热物体热量的吸收、减少燃烧过程的热损失是提高燃气灶热效率的主要手段。

例如锅支架高度、二次空气进口面积、一次空气系数、火孔形状等都是影响燃气灶热效率的主要因素，结构系数方面，锅支架高度的变化会对燃烧区域的温度场进行控制，从而造成热效率的变化。

在燃气灶设计中，锅支架高度的调节较为简单，通过锅支架高度变化进行大气式燃气灶热效率的优化是最有效的手段，锅支架高度的变化不仅能够影响二次空气的供给，过量空气系数也会发生变化，影响火焰与锅底的传热、散热损失等。

一、研究背景大气式燃气灶的燃烧火焰属于层流预混火焰，属于双重火焰，内部为燃烧丰富的预混火焰，外部则属于层流扩散火焰，中心属于圆锥形的燃气混合气核心区。

家用燃气灶结构和性能分析一、家用燃气灶的种类与型号1 .种类根据燃气灶使用气源可分为液化石油气灶、 天然气灶和人工煤气灶等；按灶面材质可分 为不锈钢灶、搪瓷灶、烤漆灶和钢化玻璃灶等；按燃烧器数目可分为单眼灶、双眼灶、三眼 灶和多眼灶等；按燃烧器引入一次空气位置可分为上进风灶和下进风灶; 大气式燃气灶和完全预混式燃气灶；按安装方式可分为嵌入式灶和台式灶。

2 .标识每台燃气灶的侧面或正面应有燃气灶标识 （又称铭牌），包括技术指标、警示性说明、操 作标志等内容。

下面举例解释 （见表1）。

燃气灶技术参数标识包括了灶具的品牌：旺气牌; 安装方式：嵌入式；燃烧器类别：旋火型；灶具能源：燃气；型号:家用燃气灶的汉语拼音缩写， 20Y 指当地液化气的气源成分，后面 2是指燃烧器的数目两 个，杠后2是指灶具的改型序号）；燃气压力：280OPa （指使用气源的额定压力值）；气源:按燃烧方式可分为JZ20Y2-2（其中 J2 是表1家用燃气灶技术参数指标标识液化石油气（指灶具适用气源种类）；执行标准：GB16410-1996（ 家用燃气灶的国家标准代号）;热流量（指单个燃烧器额定每小时燃烧消耗的燃气热量 ）；左：3 . 5kW （指左燃烧器的 热流量值）；还标出了出厂日期、编号、厂名。

在灶具的明显位置印制警示性说明，在操作 旋钮上方印制调整操作方向的标志。

这些是国家标准对产品铭牌的要求。

二、家用燃气灶的结构分析家用燃气灶是通过燃气的化学能向热能的转化来烹调菜肴、 的燃气用具。

燃气灶由供气部分、燃烧部分和辅助部分组成。

燃烧器图1台式燃气灶结构图1 .供气部分供气部分包括燃气管路（含燃气主管及支管），阀门等。

这部分的作用是根据燃烧器的设 计流量，供应足够的燃气量；阀门是控制燃气灶的开关, 保证严密不漏气。

阀门是灶具中的主要部件， 以台式灶为例，阀门由旋塞和阀体两部分组成, 上设有2组通气孔，第1组气孔是供给点火装置的气源，第2组气孔是供给燃烧器的气源。

家用燃气灶具设计指导书燃烧器课程设计燃烧器课程设计指导书一、课程设计题目：——燃烧器设计二、课程设计目的及要求课程设计是专业课教学的重要组成部分，是理论学习的深化和应用。

通过课程设计，使学生自觉地树立精心设计的思想，理论联系实际的学风，掌握一般民用燃气灶具的设计程序、方法和步骤。

了解和熟悉本领域的新材料、新设备、新方法和新技术。

熟悉国家和地方的有关规定和技术措施，学会使用有关的技术手册和设计资料，提高计算和绘图技能, 提高对实际工程问题的分析和解决能力。

三、设计步骤与方法。

根据设计任务书中给定的设计题目及具体要求，按照收集资料f确定方案f设计计算f绘制图纸的步骤进行设计，并将各步骤的主要依据成果与结论写入设计说明书。

设计主要内容及注意事项指示如下：（一）设计的原始资料1、来气压力；2、气源种类；3、气源物性参数。

（二）设计计算1、大气式燃烧器头部设计计算头部设计以稳定燃烧为原则，保证灶具在使用过程中，在0・5至1・5倍燃气额定压力范围使用燃具和燃气成分在一定波动范围内，火焰燃烧应稳定，不得出现离焰、回火、黄焰等现象，同时火焰应当满足加热工艺需要。

1）选取火孔①选取火孔热强度你根据给定的气源种类及其相关物性参数确定火孔热强度。

②选取火孔直径心根据选定的火孔热强度确定燃烧器头部的火孔尺寸。

③计算火孔总面积按我国现行标准规定，家用燃气灶主火燃烧器的额定热负荷不得小于2.9KW,但不得大于4.07KVVoqp耳一火孔总面积；Q—灶具额定热负荷2）计算火孔数目4-« 一火孔数目；3）确定火孔深度①增加孔深，有利于提高灶具的脱火极限，使燃烧器更加稳定，工作范围增大。

②增大孔深，在一定范围内，回火极限降低，气流阻力加大，不利于一次空气吸入。

③孔深一般设定为燃烧器火孔直径的2~3倍4）确定火孔间距火孔间距太大，不利于顺利传火；火孔间距太小，容易出现火焰合并，影响二次空气供给，出现黄焰现象。

因此一般取火孔间距为火孔直径的2~3 倍5）设计火孔排列型式①设计排数小于四排，对选择燃烧器设计参数无影响，对脱火极限无影响。

燃气灶炉头大气式燃烧器的设计分析在家用燃气灶的燃烧器家族中，旋流燃烧器（见图1）以其新颖的火盖造型，独特的旋流条形火孔设计，使气流在旋流燃烧过程中产生了较强的切向应力。

与传统的燃烧相比，它具有以下特点：①结构紧凑，火力集中，燃烧均匀性好，更适合烹炒菜肴需要。

②烟气中一氧化碳低，清洁无黑烟。

③同样几何尺寸的燃烧器火盖旋流式比传统型热流量提高5%以上。

燃烧器由火盖、灶头、引射器、喷嘴、风门等部分组成。

由图1可以看出火盖的内锥面与水平面成β角，火孔沿圆周方向布置，其火孔位置由α及φ两方向的倾角来定位。

其中φ角为火孔与内锥母线夹角，α角为外侧刀槽与垂线夹角。

当燃气在一定压力下，以一定流速从喷嘴流出，进入吸气收缩管，燃气靠本身能量吸入一次空气。

在引射器内燃气与一次空气混合后从火孔以一定的夹角、流速喷出，边燃烧、边旋转形成聚焦的螺旋形柱体，在圆柱体中心形成一个烟气回流区。

混合气与二次空气在炙热的回流烟气作用下受到强烈的预热，提高了燃烧速工，对燃烧起到了强化作用。

根据旋流式燃烧器的火焰特性，要求设计出合理的锅底与火盖之间的高度，使旋流燃烧火焰在接触锅底时产生最大的冲撞能量，形成沿锅底切线向上的火焰，延长烟气与锅底接触时间，提高热交换面积。

在引射器、喷嘴、及灶头设计合理情况下，火孔设计合理，每个火孔喷出的燃气都会形成向上倾斜一定夹角的片状气流，经二次空气混合后形成蓝色旋转火焰。

如果火孔分布不合理，或火孔几何尺寸和位置设计、加工有问题，则二次空气混合不均匀，将会形成几个、几十个不均匀的火焰团，导致燃烧条件恶化，产生不完全燃烧，使烟气中一氧化碳等有害气体含量增加。

2.7 中心小火盖火孔轴线应斜向上，倾角应大于等于320，火孔孔径在γ2.0mm~2.8mm之间，避免造成与外环旋火焰二次空气的情况。

2.8 在热流量相同条件下，采用直径偏小火盖设计可提高热效率。

3、燃气灶喷嘴喷孔计算根据我国烹调习惯大多数家用燃气灶燃烧器分为内外双环火，既包含内环火喷嘴及外环火喷嘴。

燃烧器设计一、课程设计题目：-----燃烧器设计二、课程设计目的及要求课程设计是专业课教学的重要组成部分，是理论学习的深化和应用。

通过课程设计，使学生自觉地树立精心设计的思想，理论联系实际的学风，掌握一般民用燃气灶具的设计程序、方法和步骤。

了解和熟悉本领域的新材料、新设备、新方法和新技术。

熟悉国家和地方的有关规定和技术措施，学会使用有关的技术手册和设计资料，提高计算和绘图技能，提高对实际工程问题的分析和解决能力。

三、设计步骤与方法。

根据设计任务书中给定的设计题目及具体要求，按照收集资料→确定方案→设计计算→绘制图纸的步骤进行设计，并将各步骤的主要依据成果与结论写入设计说明书。

设计主要内容及注意事项指示如下：（一）设计的原始资料1、来气压力；2、气源种类；3、气源物性参数。

（二）设计计算1、大气式燃烧器头部设计计算头部设计以稳定燃烧为原则，保证灶具在使用过程中，在0.5至1.5倍燃气额定压力范围使用燃具和燃气成分在一定波动范围内，火焰燃烧应稳定，不得出现离焰、回火、黄焰等现象，同时火焰应当满足加热工艺需要。

1) 选取火孔①选取火孔热强度p q根据给定的气源种类及其相关物性参数确定火孔热强度。

②选取火孔直径p d根据选定的火孔热强度确定燃烧器头部的火孔尺寸。

③计算火孔总面积按我国现行标准规定，家用燃气灶主火燃烧器的额定热负荷不得小于2.9KW ，但不得大于4.07KW 。

pp q Q F = p F —火孔总面积； Q —灶具额定热负荷2) 计算火孔数目24ppd F n π= n —火孔数目；3) 确定火孔深度①增加孔深，有利于提高灶具的脱火极限，使燃烧器更加稳定，工作范围增大。

②增大孔深，在一定范围内，回火极限降低，气流阻力加大，不利于一次空气吸入。

③孔深一般设定为燃烧器火孔直径的2~3倍4) 确定火孔间距火孔间距太大，不利于顺利传火；火孔间距太小，容易出现火焰合并，影响二次空气供给，出现黄焰现象。

新型燃烧系统的燃气灶具设计与实现
目前，燃气灶具的燃烧系统主要采用三类燃烧方法：1）扩散式燃烧：将管口喷出的燃气点燃进行燃烧，如果燃气中不含氧化剂，则燃烧所需的氧气将依靠扩散作用从周围大气获得，这种燃烧方式称扩散式燃烧，但其燃烧易产生煤烟，燃烧温度也相当低。

2）大气式燃烧：预先混入一部分燃烧所需空气，强化燃烧、提高火焰温度，也即部分预混式燃烧。

燃烧可靠、稳定。

3）完全预混式燃烧：在大气式燃烧基础上发展起来，燃气和空气在着火前预先按化学当量混合均匀，设置专门的火道，使燃烧区内保持稳定的高温，即可形成完全预混式燃烧，但其火焰稳定性较差。

鉴于以上燃烧方法的原理及特点，本燃烧系统采用大气式燃烧方法，结合采用大气式燃烧的方法设计分段式且可独立调节的大气式燃烧系统，燃烧系统的整个设计分为三个部分：引射器设计、阀体设计和燃烧头部设计。

1）引射器设计：三通道设计，满足燃烧头部的气体混合和压力需要；2）阀体设计：结合引射器设计三出口阀体，其中一个出气口为点燃后常开的小火头部，另外两个出气口对应外环头部分割后的双通道，并且两个出气口在可以单独控制进气，以实现在小负荷燃烧时的供气，保证燃烧火焰高度不变。

3）燃烧头部设计：外环头部分割出两条独立的供气通道，供气分别从中心和外圈供给，中心头部单独通道，从而实现分段燃烧。

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