强排式燃气热水器火排片燃烧特性数值模拟

作     者：王杰松 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：王宗明;刘刚

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：燃气热水器 火排片 空气引射 部分预混燃烧 数值模拟 

摘      要：随着城市燃气的推广,带动了燃气热水器市场的发展,其中强排式燃气热水器热效率高、安全性能好、污染排放低,应用日益广泛,用户对热水器的性能要求也越来越高。目前燃气热水器小负荷燃烧不稳定、开机恒温时间长,迫切需要对燃气热水器的燃烧特性进行研究。过去对燃气热水器燃烧工况进行数值模拟时,往往忽略一次空气引射过程,简化较大,影响了计算的准确性。论文应用FLUENT软件,采用Realizable κ-ε湍流模型、部分预混燃烧模型、DO辐射模型,建立了引射燃烧一体化计算模型,对燃气热水器火排片燃烧工况进行了数值模拟,得到了部分预混燃烧的温度场、压力场和速度场,以及CO、CH等浓度分布,并通过算例对比验证了计算方法的正确性。对单火排燃烧的研究表明,改变进风量,一次空气系数和二次空气都会改变,进风量增加一次空气系数增大,燃烧温度逐渐降低,燃烧更为充分,CO排放量也降低,但是过大的过剩空气系数会导致回火,过剩空气系数应为1.6～2.0。稳压室高度、引射距离、喷孔直径、火孔宽度、布风板结构均对燃烧温度场、一次空气系数和CO分布有一定影响,其中,稳压室高度增加、引射距离增加、火孔宽度增加、布风板通风孔面积减小均会增加引射风量,使燃烧更为充分,燃烧火焰高度降低,CO排放降低;喷孔直径的增大会使引射风量减少,出口温度和CO浓度先增大后减小,均为直径2mm时取得最大值。对双火排片燃烧工况的数值模拟可以得出,火排片的引射风量、燃烧状况会发生改变,火焰高度略有增加,有脱火迹象;火排片间增加挡板或倾斜火孔,会产生明显回流区,火焰底部变宽,有利于火焰稳定和加快传火速度,对于拓宽点火负荷范围,减少热水器恒温时间具有重要的意义。