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燃气燃烧课程设计

《燃气燃烧》课程设计

题目：

燃气燃烧课程设计

学院：

建筑工程学院

专业：

建筑环境与能源应用工程

姓名：

张冷

学号：

20130130370

指导教师：

王伟

2016年12月26日

1设计概述

通过“燃气燃烧与燃烧装置”本门课程的教学，可培养学生从事燃气燃烧设备的设计、研究、应用管理等方面的能力。

该课程设计是西塔品牌燃气灶具的设计与计算，本人设计的为天然气4T3。

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4.2Kw

（5）天然气4T3的相关参数

表2-1天然气4T3的相关参数

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

4T3

CH4=38

空气=62

0.831

12.93

14.36

14.19

15.75

24.0

11.74

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；

对于烷烃类燃气（天然气，石油伴生气，液化石油气）可采用

（2-5）

（2-6）

式中

------燃气（混合气体）的低热值和高热值（kj/kg）

2.3头部计算

2.3.1计算火孔总面积

（2-7）

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

（2-8）

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（2-9）

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（2-10）

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（2-11）

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

（2-12）

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

（2-13）

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

（2-14）

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

（2-15）

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

（2-16）

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

（2-17）

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

（2-18）

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

（2-19）

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

（2-20）

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

（2-21）

式中

X——设定量；

A——设定量。

2.4.9计算引射器喉部面积

（2-22）

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

（2-23）

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附图1：

2.5火焰高度计算

2.5.1火焰内锥高度

（2-24）

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

（2-25）

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

（2-26）

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=4.2Kw，气源为天然气H1=12930KJ/m3，

=0.553kg/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=9.5W/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=9.5W/mm2

则火孔的总面积

=

mm2=442mm2

（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

=

=57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=442mm2

（5）计算理论空气量

=

=3.077m3

（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4.2×30%=1.26Kw，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

=

=686.6mm2

（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，

=6.2

（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

=

0.38mm

相应喷嘴截面积：

0.12mm2

（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

=0.22×1.16×442=112.8mm2

=

mm

取喉部直径dt=14mm

（8）引射器其他尺寸图如图附录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

=0.86×0.15×7.07×9.5×103=8700mm

（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

=0.86×2×1.2×

（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=80mm×sin60°=69.3mm

如果允许有一定的不完全燃烧，则为了增强传热，提高热效率，加热对象的设置高度可以适度降低，但不能接触内焰，且须通过实验确定CO排放量不超标。

总结

通过这一周的课程设计。

我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。

在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。

对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。

因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。

很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。

因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。

另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。

因此非常感谢老师的教导。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

我觉得作为一名软件工程专业的学生，这次课程设计是很有意义的。

更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。

虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

实践是检验真理的唯一标准，平时我们接触到的都是书本上的理论知识，应付考试还可以，无形之中我们自己也养成了一种自大的心态。

但是，课程设计却给我们了一个很好认清自己的机会，其实自己学的并不好，作为一个工科生，同时还要具备查找资料、知识迁移的能力。

参考文献

[1]同济大学.燃气燃烧与应用.北京:

中国建筑工业出版社，2011.

[2]严铭卿.燃气工程技术手册.上海:

中国建筑工业出版社，2008.

[3]袁国汀.建筑燃气设计手册.北京:

中国建筑工业出版社.2003.

[4]项凌.燃气燃烧过程效率的热力学分析.城市燃气,2006.

[5]刘荣,刘文斌.燃气燃烧与燃烧装置.机械工业出版社,2009.

[6]项有谦.燃气热力工程常用数据手册.北京:

中国建筑工业出版社,2000.

[7]候凌云,候晓春.喷嘴技术手册.北京:

中国石油化工出版社,2002.