家用二甲醚灶具額定壓力的確定

摘 要

摘要：通過整理大氣式燃燒器的基本計算公式，得出噴嘴前供氣壓力的計算公式。利用二甲醚灶具設(shè)計參數(shù)的推薦值，計算出二甲醚灶具噴嘴前供氣壓力范圍，通過驗證試驗，確定家用二甲醚灶
摘要：通過整理大氣式燃燒器的基本計算公式，得出噴嘴前供氣壓力的計算公式。利用二甲醚灶具設(shè)計參數(shù)的推薦值，計算出二甲醚灶具噴嘴前供氣壓力范圍，通過驗證試驗，確定家用二甲醚灶具的額定壓力為2kPa。
關(guān)鍵詞：二甲醚；家用燃?xì)庠?；額定壓力；灶具
Determination of Rated Pressure of Domestic DME Cooking Appliance
CHEN Jinrui，WANG Qi，ZHAO Zijun，ZHANG Jinhuan
Abstract：The calculation formula of gas supply pressure in front of the nozzle is obtained based on the basic calculation formula of atmospheric burner.The gas supply pressure range in front of the nozzle of DME cooking appliance is calculated by the recommended design parameter of DME cooking appliance.Through the verification test，it is determined that the rated pressure of domestic DME cooking appliance is 2kPa.
Key words：DME；domestic gas cooking appliance；rated pressure；cooking appliance
1 概述
    近年來，關(guān)于二甲醚的研究不僅局限于制備工藝、儲存運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，將其作為民用燃料的研究也進(jìn)行得如火如荼，這就對研發(fā)各種民用二甲醚應(yīng)用設(shè)備提出了要求，特別是居民生活必不可少的家用灶具。在設(shè)計新型氣源的灶具時，常面臨設(shè)計參數(shù)更新不足和試驗資料短缺等問題。本文依據(jù)燃?xì)馊紵c應(yīng)用理論，結(jié)合試驗研究，推薦家用二甲醚灶具的額定供氣壓力，為二甲醚灶具產(chǎn)品的研發(fā)提供有價值的參考依據(jù)。
2 燃燒器噴嘴前供氣壓力的計算公式
    進(jìn)行燃燒器設(shè)計時，各項設(shè)計參數(shù)可以查閱設(shè)計手冊，但對于二甲醚等新型燃?xì)?，設(shè)計參數(shù)更新不足。特別是噴嘴前供氣壓力，其關(guān)系到灶具的熱流量以及燃燒器的穩(wěn)定性等問題，需要加以確定。
低壓引射器的基本計算公式[1]是通過分析引射器的工作原理，利用動量定理、連續(xù)性方程和能量守恒定律推導(dǎo)而來的，見式(1)。
 
式中pj——頭部必須具有的靜壓力，Pa，計算見式(2)
    p——噴嘴前燃?xì)鈮毫?，Pa
    μ——噴嘴流量系數(shù)，取0.85～0.90
    A——無因次面積，計算見式(3)
    K——能量損失系數(shù)，與引射器的形狀、尺寸、阻力特性有關(guān)，通常取2.1
    u——質(zhì)量引射系數(shù)，計算見式(4)
d——燃?xì)獾南鄬γ芏?/span>
 
式中vp——火孔出口流速，m/s
 
式中At——引射器喉部截面積，mm2
    Aj——噴嘴出口截面積，mm2
 
式中α——一次空氣系數(shù)
    V0——理論空氣需要量，m3/m3
對于低壓常溫燃?xì)猓?dāng)引射空氣亦為常溫，已知噴嘴直徑時，引射器喉管直徑的計算見式(5)[2]。
 
式中Dt——引射器喉管直徑，mm
    Dj——噴嘴直徑，mm
    K1——綜合阻力系數(shù)，取1.2
    將式(2)～(5)代入式(1)，整理得到噴嘴前供氣壓力的計算公式，見式(6)。
 
    由式(6)可見，噴嘴前供氣壓力與燃?xì)庑再|(zhì)(V0，d)和引射器設(shè)計參數(shù)(vp，α，μ，K，K1)等有關(guān)。特別是當(dāng)已知能使燃?xì)庠诨鹂滋幏€(wěn)定燃燒的vp和α時，就可通過式(6)得到噴嘴前供氣壓力的近似值。
3 二甲醚灶具基本設(shè)計參數(shù)推薦值
    二甲醚灶具無統(tǒng)一的設(shè)計參數(shù)，給燃燒器的設(shè)計帶來不便。通過比較二甲醚與天然氣、液化石油氣等氣源的氣質(zhì)差異，初步確定二甲醚灶具設(shè)計時的一次空氣系數(shù)應(yīng)比天然氣和液化石油氣略大。同時，利用民用灶具結(jié)構(gòu)設(shè)計基本公式，結(jié)合12T、20Y等主要城鎮(zhèn)燃?xì)庠罹邔Χ酌褵峁みm應(yīng)性研究中的試驗結(jié)果，通過其他燃?xì)庠罹叩囊淮慰諝庀禂?shù)校核出二甲醚灶具的一次空氣系數(shù)。通過大量試驗，得出二甲醚灶具設(shè)計時的一次空氣系數(shù)為0.65～0.70。利用主要城鎮(zhèn)燃?xì)庠罹邔Χ酌褵峁みm應(yīng)性研究中的試驗結(jié)果，計算出二甲醚灶具的火孔出口流速為1.1～1.7m/s，火孔熱強(qiáng)度為6.0～9.0W/m2。
    通過比較二甲醚與天然氣、液化石油氣等燃?xì)獾臍赓|(zhì)差異，計算燃燒器頭部靜壓力以及研究燃燒特性曲線等方法進(jìn)行驗證分析，最終證明試驗得出的數(shù)據(jù)是合理的。二甲醚灶具設(shè)計參數(shù)推薦值見表1。
表1 二甲醚灶具設(shè)計參數(shù)推薦值
項目
數(shù)據(jù)
火孔尺寸
圓形火孔直徑/mm
2.5
矩形火孔尺寸
2.0mm×3.0mm
條縫形火孔寬度/mm
0.9
一次空氣系數(shù)
0.65～0.70
火孔出口流速/(m·s-1)
1.1～1.7
火孔熱強(qiáng)度/(w·mm-2)
6.0～9.O
    表1中的推薦值可能只是二甲醚灶具較佳設(shè)計參數(shù)中的幾種，但由于二甲醚可能會成為城鎮(zhèn)燃?xì)獾膽?yīng)急氣源，結(jié)合其他氣源灶具得出的設(shè)計參數(shù)仍具有很大的實用價值。
4 二甲醚灶具噴嘴前供氣壓力的確定
    已知d=1.592，V0=14.3m3/m3，μ=0.85，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，利用式(6)，計算得二甲醚灶具噴嘴前供氣壓力為1.029～2.792kPa。初步認(rèn)定二甲醚灶具噴嘴前供氣壓力為1.029～2.792kPa時，可以提供穩(wěn)定燃燒所需的靜壓力，火孔出口流速達(dá)到1.1～1.7m/s。
    同時，利用本生燈測試不同噴嘴前供氣壓力下二甲醚的穩(wěn)定燃燒情況，在試驗壓力為1～3kPa時，二甲醚均能穩(wěn)定燃燒。在二甲醚燃?xì)庠钛芯砍跗冢瑢μ烊粴庠?、液化石油氣灶等其他氣源灶具的二甲醚適應(yīng)性作了探討。當(dāng)試驗壓力分別為2kPa、2.8kPa時，二甲醚在天然氣灶具上燃燒穩(wěn)定，未出現(xiàn)回火、脫火、黃焰等現(xiàn)象。當(dāng)試驗壓力為2.8kPa時，二甲醚在改造過的液化石油氣灶具上燃燒效果良好。
    可見，從燃燒理論方面確定二甲醚燃?xì)庠畹念~定壓力，選擇20Y液化石油氣灶具的額定壓力2.8kPa或12T天然氣灶具的額定壓力2kPa均可。
    從燃?xì)廨斉浞矫鎭砜?，需要保障供氣的安全性，供氣壓力越高，安全隱患越大，故選擇2kPa作為二甲醚灶具的額定壓力比較合理，也有利于節(jié)約能源，更加環(huán)保。
    目前，已有家用二甲醚減壓閥產(chǎn)品，與二甲醚氣瓶配套使用，輸出壓力穩(wěn)定，低壓性能良好，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。
表2 家用二甲醚減壓閥技術(shù)數(shù)據(jù)
參數(shù)
數(shù)據(jù)
進(jìn)口壓力/MPa
0.03～O.80
出口壓力/kPa
2.O±O.4
額定流量/(m3·h-1)
0.6
關(guān)閉壓力/kPa
＜2.8
參考文獻(xiàn)：
[1] 同濟(jì)大學(xué)，重慶建筑大學(xué)，哈爾濱建筑大學(xué)，等.燃?xì)馊紵c應(yīng)用[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2000：146-153.
[2] 《煤氣設(shè)計手冊》編寫組.煤氣設(shè)計手冊(下)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987：273-279.
 
(本文作者：陳津蕊1、2 王啟1、2 趙自軍1、2 張金環(huán)1、2 1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院燃?xì)饧夹g(shù)研究院 天津 300074；2.國家燃?xì)庥镁哔|(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 天津 300384)