燃气燃烧课程设计.doc

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1、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 日目 录1设计概述12设计依据12.1原始数据12.2燃气基本参数的计算12.2.1热值的计算12.2.2燃气密度计算22.2.3燃气相对密度计算22.2.4理论空气需要量的计算22.3头部计算32.3.1计算火孔总面积32.3.2计算火孔数目32.3.3计算火孔间距42.3.4计算火孔深度42.3.5计算头部截面42.3.6计算头部截面直径42.3.7计算火孔阻力系数52.3.8计算头部能量损

2、失系数52.4引射器计算52.4.1计算引射器系数52.4.2计算引射器形式52.4.3计算燃气流量62.4.4计算喷嘴直径62.4.5计算喷嘴截面积62.4.6计算最佳燃烧器参数62.4.7计算A值72.4.8计算X值72.4.9计算引射器喉部面积72.4.10计算引射器喉部直径82.4.11引射器其他尺寸计算方式如附图1：82.5火焰高度计算82.5.1火焰内锥高度82.5.2火焰外锥高度82.6火孔排列92.6.1确定火孔个数92.6.2火孔分布直径的计算93设计方案计算93.1已知计算参数93.2详细计算步骤103.2.1头部计算103.2.2引射器计算113.2.3火焰高度计算及加热

3、对象的设置高度12总结12参考文献131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=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(%)H1HhW1Wh4T3CH4=38空气=620.83112.9314.3

4、614.1915.7524.011.742.2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 = H 1 r1 + H 2 r2 + + H n rn (2-1) 式中 H 燃气（混合气体）的低热值（ kJ / Nm3 ）；H 1 , H 2 , H n 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： g = 1r1 + 2r2 + + n rn (2-2) 式中 g 燃气（混合气体）的密度 (kg / Nm 3 ) ；1 , 2 , 3

5、燃气中各组分的密度 (kg / Nm 3 ) ，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；g 燃气（混合气体）的密度 (kg / Nm 3 ) 。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：0.5 H 2 + 0.5CO + ( m + 4/n)Cm H n + 1.5H 2 S O2 （2-4）式中V0 理论空气需要量 ( Nm 3干空气 / Nm 3 干燃气) ；H2 , CO, Cm H n , H 2 S 燃气中各种可燃组分的容积分数；O2

6、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 F p 火孔总面积 (mm 2 ) ； Q 设计热负荷 (Kw) ； q p 额定火孔强度 Kw / mm 2 。2.3.2计算火孔数目 （2-8）式中 n 火孔数目（个）F p 火孔总面积 (mm 2 ) ；d p 单个火孔的直径； 圆周率，取3.14 。2.3.3计算火孔间距 s = 2.5d p （2-9）式中 s火孔间距(mm)；d p单个火孔的直径。2.3.4计算火孔深度 h=

7、2.3dp （2-10）式中 h火孔深度(mm)d p 单个火孔的直径。2.3.5计算头部截面Fh = 2 F p （2-11）式中 Fh 头部截面积 (mm 2 ) ；F p 火孔总面积 (mm 2 ) 。2.3.6计算头部截面直径 （2-12）式中 Dh 头部截面直径 (mm) ；F p 火孔总面积 (mm 2 ) 。2.3.7计算火孔阻力系数 （2-13）式中 p 火孔阻力系数； p 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； p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

8、引射系数，无量纲；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 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 Fl

9、op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 )； 圆周率

10、，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

11、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； 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=0.6，过剩空气系数=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

12、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 = 2 F p，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4.230%=1.26Kw，过剩空气系数取1.8，二次空气流速为0.5m/s，则

13、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p=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 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 A1，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=0.221.16442=112.8mm2=mm取喉部直径dt=14m

14、m（8）引射器其他尺寸图如图附录13.2.3火焰高度计算及加热对象的设置高度（1）火焰内锥高度 =0.6，可查得天然气K=0.15，按式（2-22）计算=0.860.157.079.5103=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=0.8621.2（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=80mmsin60=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

15、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

16、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

17、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.