家用燃氣灶具火焰長度的試驗研究

摘 要

摘要：搭建了家用燃氣灶具火焰長度試驗臺，在不同的工況下測量了灶具的火焰長度?；鹧骈L度隨著燃氣壓力增加和燃氣流量增加而增加。燃燒中一次空氣量要與燃氣量相匹配，一般情況下
摘要：搭建了家用燃氣灶具火焰長度試驗臺，在不同的工況下測量了灶具的火焰長度?；鹧骈L度隨著燃氣壓力增加和燃氣流量增加而增加。燃燒中一次空氣量要與燃氣量相匹配，一般情況下，一次空氣量增加，火焰長度減小。但一次空氣量過大，會使火焰長度增加，影響燃氣燃燒和鍋的吸熱。一次空氣量過小，會導(dǎo)致擴散燃燒過程延長，火焰長度增加，不利于燃氣燃盡。在一次空氣調(diào)節(jié)擋板全關(guān)時，火焰由預(yù)混燃燒火焰轉(zhuǎn)變?yōu)閿U散燃燒火焰，火焰長度陡然增加很多。
關(guān)鍵詞：家用燃氣灶具；火焰長度；一次空氣量；預(yù)混燃燒火焰
Abstract：A test bed for flame length of domestic gas cooking appliance is constructed，and the flame length of the appliance is measured under different conditions.The flame length increases with increasing gas pressure and flow.The primary air volume needs to be matched with gas flow in combustion，and the flame length shortens with increasing the primary air volume generally.However，when the primary air volume is too large，the flame length increases，which affects the gas combustion and the pot heat absorption.When the primary air volume is too small，the diffusion combustion process is prolonged，and the flame length is increased，which is unfavorable to complete gas combustion.When the primary air damper is closed fully.the flame is changed from partially-aerated combustion flame to diffusion combustion flame，and the flame length is increased abruptly.
Key words：domestic gas cooking appliance；flame length；primary air volume；partially-aerated combustion flame
    家用燃氣灶具大都為大氣式灶具，采用部分預(yù)混空氣燃燒方式，預(yù)混的一次空氣量與燃氣的燃燒效率有較大關(guān)系[1]。大氣式灶具常因風(fēng)量匹配不好和燃燒時間不夠影響熱效率，進而產(chǎn)生較多的污染氣體，不符合環(huán)保要求[4～5]?；鹧娴拈L度及其變化是判斷燃燒效果的一個重要、直觀的因素，是可燃物燃燒性能指標的關(guān)鍵評價參數(shù)之一，可作為可燃物安全性、可靠性的一種檢驗方法[6]。因此，家用燃氣灶具的火焰長度研究就很有必要。
1 家用燃氣灶具火焰長度試驗
    家用燃氣灶具運行中用戶主要調(diào)節(jié)一次空氣量和燃氣量，通過調(diào)節(jié)一次空氣量和燃氣量可以得到不同的火焰長度，以此判斷燃燒情況。
1.1 試驗裝置
    為了研究家用燃氣灶具燃燒火焰長度變化情況，搭建試驗臺(見圖1)，試驗中家用燃氣灶具燃料采用液化石油氣。試驗臺工作流程為：儲氣瓶燃氣經(jīng)出口閥門流出，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)燃氣流量，燃氣流量通過轉(zhuǎn)子流量計測得，燃氣壓力可以由壓力表顯示，然后一定壓力和流量的液化石油氣進入家用燃氣灶具燃燒。家用燃氣灶具有一次空氣調(diào)節(jié)擋板，燃燒火焰長度由鋼尺測出。
 

1.2 試驗步驟
   ① 標定家用燃氣灶具中一次空氣調(diào)節(jié)擋板的位置，試驗中一次空氣調(diào)節(jié)擋板按圓周設(shè)置成0、25%、50%、75%、100%幾個位置；
   ② 適度開啟儲氣瓶出口閥門，維持燃氣壓力；
   ③ 通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，保證適當流量；
   ④ 由點火器點燃燃氣；
   ⑤ 記錄燃氣壓力、一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置，由轉(zhuǎn)子流量計測得燃氣流量；
   ⑥ 觀察火焰并通過鋼尺測得火焰長度；
   ⑦ 重復(fù)以上步驟，可測得不同燃氣壓力、燃氣流量、一次空氣量條件下的火焰長度。
1.3 試驗數(shù)據(jù)與分析
   試驗中燃氣壓力維持在2.10、2.57、3.35kPa這3個工況，調(diào)節(jié)燃氣流量分別在0.10、0.20、0.28m3/h這3個值，再調(diào)整一次空氣調(diào)節(jié)擋板，讓它分別位于0、25%、50%、75%、100%位置，測量火焰的長度，試驗數(shù)據(jù)見表1～3。
表1 燃氣壓力為2.10kPa時火焰長度   cm
一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置
燃氣流量為0.10m3/h
燃氣流量為
0.20m3/h
燃氣流量為0.28m3/h
O
5.5
7.5
12.5
25%
1.5
1.9
2.9
50%
1.5
2.0
2.1
75%
1.5
2.1
1.7
100%
1.6
1.8
1.6
表2 燃氣壓力為2.57kPa時火焰長度  cm
一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置
燃氣流量為0.10m3/h
燃氣流量為0.20m3/h
燃氣流量為0.28m3/h
O
5.9
7.6
13.4
25%
1.8
5.O
9.2
50%
1.6
3.4
9.0
75%
1.4
1.8
5.6
100%
1.3
1.4
6.7
表3 燃氣壓力為3.35kPa時火焰長度    cm
一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置
燃氣流量為0.10m3/h
燃氣流量為0.20m3/h
燃氣流量為0.28m3/h
0
7.0
7.8
18.0
25%
5.2
7.5
11.5
50%
5.0
6.3
9.8
75%
4.8
5.5
8.9
100%
3.5
4.5
9.5
    由表1～3可以看到，火焰長度與一次空氣量、燃氣流量和燃氣壓力有關(guān)。燃氣壓力增加，其射流行程增加，火焰長度增加。例如在燃氣流量為0.28m3/h、一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置在25%、燃氣壓力從2.10kPa增加到3.35kPa時，火焰長度從2.9cm增加到11.5cm。在其他參數(shù)不變時，燃氣流量增加，完成整個燃燒過程的時間延長，火焰長度增加。例如在燃氣壓力為3.35kPa、一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置在25%、燃氣流量從0.10m3/h增加為0.28m3/h，火焰長度從5.2cm增加到11.5cm。
    一次空氣量對燃燒的火焰長度影響比較復(fù)雜。隨著一次空氣量增加，一般情況下燃燒加劇，完成整個燃燒過程的時間縮短，火焰長度減小。例如表3的情況，在燃氣流量為0.28m3/h、燃氣壓力3.35kPa、一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置從25%時調(diào)到100%時，火焰長度從11.5cm減小到9.5cm。但一次空氣調(diào)節(jié)擋板全關(guān)的時候，火焰長度陡然增加很多，例如表3中在燃氣流量為0.28m3/h、燃氣壓力3.35kPa、一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置在0的時候，火焰長度增加到18cm，這是因為這時火焰結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由部分預(yù)混燃燒火焰轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨U散燃燒火焰，空氣混合過程大大延長，推遲了整個燃燒過程，使得燃燒時間延長，火焰長度陡然增加。這種部分預(yù)混燃燒火焰轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨U散燃燒火焰過程，火焰長度突增，非常容易引起周圍火災(zāi)，在灶具使用中需要特別注意。另外，表1中一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置在100%、燃氣流量為0.1m3/h的情況，表2、3中一次空氣調(diào)節(jié)擋板位置在100%、燃氣流量為0.28m3/h的情況，它們隨著一次空氣量的增加，火焰長度也增加，對應(yīng)的火焰長度變化規(guī)律與前面不同。筆者認為，這時預(yù)混的風(fēng)量太大，會降低火焰中心溫度，延長燃燒過程，因此導(dǎo)致火焰長度增加。
    可見，一次空氣量對家用燃氣灶具火焰長度影響很大。一次空氣量不足導(dǎo)致燃燒過程延長，火焰長度增加，甚至由部分預(yù)混燃燒火焰轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨U散燃燒火焰。一次空氣量過大，也會延長燃燒過程，使火焰長度增加。這兩種情況都不利于燃氣燃盡和鍋的吸熱，使熱效率降低，污染加大。
2 結(jié)論
    ① 家用燃氣灶具的火焰長度可用于判斷灶具燃燒情況?；鹧骈L度與一次空氣量、燃氣流量和燃氣壓力有關(guān)。
    ② 火焰長度隨著燃氣壓力增加而增加，隨著燃氣流量增加而增加。
    ③ 一次空氣量對家用燃氣灶具火焰長度及燃氣燃燒影響很大。一般情況下，一次空氣量增加，火焰長度減小。但一次空氣量過大，也會使火焰長度增加，影響燃燒和鍋的吸熱。一次空氣量不足會使火焰長度增加，甚至由部分預(yù)混燃燒火焰轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨U散燃燒火焰，火焰長度突增。
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(本文作者：樓洋 華南理工大學(xué)理學(xué)院 廣東廣州 510640)