燃气燃烧与应用课程设计报告书.docx
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燃气燃烧与应用课程设计报告书
......
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
热值/(MJ/m3)
华白数
理论干
/(MJ/m
3)
烟气中
类别
体积分数
相对密
燃烧
CO2体
(%)
度
H1
Hh
W1
Wh
势cp
积分数
(%)
12T3
CH4
=92.5
0.586
31.46
34.95
41.1145.67
36.3
11.63
N2
=7.5
专业.专注.
......
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
g
s
1.2909
(2-3)
专业.专注.
......
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:
V0
1
[0.5H2+0.5CO+∑(m+4/n)CmHn+1.5
H2S-O2]
21
(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;
2.3.1计算火孔总面积
Fp
2.3头部计算
Q
qp
(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。
专业.专注.
......
2.3.2计算火孔数目
n4Fp
πdp2
(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。
专业.专注.
......
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
Dh
(2-10)
式中
4Fp
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
1p
p2
p
(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
专业.专注.
......
K1
273
t
p
2
1
273
(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
'
uV0
s
(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
3600Q
Lg
(2-14)
Hl
式中Lg——燃气的流量(Nm3/h);
Q——设计热负荷(Kw);
专业.专注.
......
Hl——混合气体的低热值(kJ/Nm3)。
2.4.4计算喷嘴直径
Lg
s
d
4
0.0035
H
(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
Fj
2
d
4
(2-16)
式中
——喷嘴截面积(mm2
)
Fj
d——喷嘴直径(mm);
2.4.6计算最佳燃烧器参数
Flop
K
K1
(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。
专业.专注.
......
2.4.7计算A值
K
(1)(1s)
A
FpFlop
(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
11A2
X
A
(2-19)
式中X——设定量;
A——设定量。
2.4.9计算引射器喉部面积
FtXFlopFp
(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;
专业.专注.
......
Fp——火孔总面积(mm2)。
2.4.10计算引射器喉部直径
dt4Ft
(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
hic0.86Kfpqp103
(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
h
0.86nn
fpqp
103
out
1
dp
(2-23)
专业.专注.
......
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
7.5ni
Di
(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,
专业.专注.
......
g=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Fp
Q
4
mm2=500mm
2
=
8.0103
qp
(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
n4Fp=4500=71个,采用凸缘铸铁头部,孔深为2倍的火孔直
πdp23.1423
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
Fp
2
500
Fh2
mm2=500mm
2
2
2
(5)计算理论空气量
1
∑
3
3
V0
[0.5
+0.5
+4/n)
+1.5
-
]=8.81m
/m
H2
CO
+(
m
CmHn
H2
S
O2
21
6
F
"
(
')V0
'
106计算内排孔所需二次空气口面
()二次空气面积按
va"
H1
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
专业.专注.
......
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
F"
(
')V0
'
10
6
(1.8
0.6)
8.81
1.2
10
6
=807mm
2
va"
H1
=
0.5
31460
(7)计算头部能量损失系数K1
选取火孔流量系数μ
p=0.8,火孔阻力系数
1
2
p=0.56,混合气体在火孔出口的温度
Tp=373K。
p
2
p
K1
Tp
2(
Tp
)1
0.56
330
2
373
1
2.23
p
288
288
288
288
3.2.2引射器计算
'
(1)一次空气系数
'
0.6,按u
V0式计算引射器系数,
s
'
uV0=9.02s
(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qv,g
3600
3600
4
0.458
3
H1
31460
m
h
dj
qv,g
4
g
=
0.458
4
0.72
1.65mm
0.004
pg
0.004
0.8
2000
相应喷嘴截面积:
Fj
dj2
2.14mm2
4
(4)计算最佳燃烧器参数
Flop
K
3
=
1.16
K1
2.23
(5)计算A值
专业.专注.
......
(1
)(1
s
)
Fj
3(19.02)(1
9.020.586)2.14
K
A
FpFlop
500
0.697
1.16
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
X
1
1A2
=1
10.6972
0.41
A
0.697
(7)计算引射器喉部面积
F
XFF
p=0.41
×
×
2
t
lop
1.16500=237.8mm
dt
4Ft
=
4
237.8
17mm
3.14
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
hic0.86Kfpqp103=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
专业.专注.
......
(2-23)计算
h
fpqp
10
3
7.078103
3
0.86nn
=0.86
×××
10
56.2mm
out
1
2
1
3
dp
(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
专业.专注.
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- 燃气 燃烧 应用 课程设计 报告书