家用燃气灶具火焰长度的试验研究

摘 要

摘要：搭建了家用燃气灶具火焰长度试验台，在不同的工况下测量了灶具的火焰长度。火焰长度随着燃气压力增加和燃气流量增加而增加。燃烧中一次空气量要与燃气量相匹配，一般情况下
摘要：搭建了家用燃气灶具火焰长度试验台，在不同的工况下测量了灶具的火焰长度。火焰长度随着燃气压力增加和燃气流量增加而增加。燃烧中一次空气量要与燃气量相匹配，一般情况下，一次空气量增加，火焰长度减小。但一次空气量过大，会使火焰长度增加，影响燃气燃烧和锅的吸热。一次空气量过小，会导致扩散燃烧过程延长，火焰长度增加，不利于燃气燃尽。在一次空气调节挡板全关时，火焰由预混燃烧火焰转变为扩散燃烧火焰，火焰长度陡然增加很多。
关键词：家用燃气灶具；火焰长度；一次空气量；预混燃烧火焰
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
    家用燃气灶具大都为大气式灶具，采用部分预混空气燃烧方式，预混的一次空气量与燃气的燃烧效率有较大关系[1]。大气式灶具常因风量匹配不好和燃烧时间不够影响热效率，进而产生较多的污染气体，不符合环保要求[4～5]。火焰的长度及其变化是判断燃烧效果的一个重要、直观的因素，是可燃物燃烧性能指标的关键评价参数之一，可作为可燃物安全性、可靠性的一种检验方法[6]。因此，家用燃气灶具的火焰长度研究就很有必要。
1 家用燃气灶具火焰长度试验
    家用燃气灶具运行中用户主要调节一次空气量和燃气量，通过调节一次空气量和燃气量可以得到不同的火焰长度，以此判断燃烧情况。
1.1 试验装置
    为了研究家用燃气灶具燃烧火焰长度变化情况，搭建试验台(见图1)，试验中家用燃气灶具燃料采用液化石油气。试验台工作流程为：储气瓶燃气经出口阀门流出，通过调节阀调节燃气流量，燃气流量通过转子流量计测得，燃气压力可以由压力表显示，然后一定压力和流量的液化石油气进入家用燃气灶具燃烧。家用燃气灶具有一次空气调节挡板，燃烧火焰长度由钢尺测出。
 

1.2 试验步骤
   ① 标定家用燃气灶具中一次空气调节挡板的位置，试验中一次空气调节挡板按圆周设置成0、25%、50%、75%、100%几个位置；
   ② 适度开启储气瓶出口阀门，维持燃气压力；
   ③ 通过调节阀调节，保证适当流量；
   ④ 由点火器点燃燃气；
   ⑤ 记录燃气压力、一次空气调节挡板位置，由转子流量计测得燃气流量；
   ⑥ 观察火焰并通过钢尺测得火焰长度；
   ⑦ 重复以上步骤，可测得不同燃气压力、燃气流量、一次空气量条件下的火焰长度。
1.3 试验数据与分析
   试验中燃气压力维持在2.10、2.57、3.35kPa这3个工况，调节燃气流量分别在0.10、0.20、0.28m3/h这3个值，再调整一次空气调节挡板，让它分别位于0、25%、50%、75%、100%位置，测量火焰的长度，试验数据见表1～3。
表1 燃气压力为2.10kPa时火焰长度   cm
一次空气调节挡板位置
燃气流量为0.10m3/h
燃气流量为
0.20m3/h
燃气流量为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 燃气压力为2.57kPa时火焰长度  cm
一次空气调节挡板位置
燃气流量为0.10m3/h
燃气流量为0.20m3/h
燃气流量为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 燃气压力为3.35kPa时火焰长度    cm
一次空气调节挡板位置
燃气流量为0.10m3/h
燃气流量为0.20m3/h
燃气流量为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，火焰长度与一次空气量、燃气流量和燃气压力有关。燃气压力增加，其射流行程增加，火焰长度增加。例如在燃气流量为0.28m3/h、一次空气调节挡板位置在25%、燃气压力从2.10kPa增加到3.35kPa时，火焰长度从2.9cm增加到11.5cm。在其他参数不变时，燃气流量增加，完成整个燃烧过程的时间延长，火焰长度增加。例如在燃气压力为3.35kPa、一次空气调节挡板位置在25%、燃气流量从0.10m3/h增加为0.28m3/h，火焰长度从5.2cm增加到11.5cm。
    一次空气量对燃烧的火焰长度影响比较复杂。随着一次空气量增加，一般情况下燃烧加剧，完成整个燃烧过程的时间缩短，火焰长度减小。例如表3的情况，在燃气流量为0.28m3/h、燃气压力3.35kPa、一次空气调节挡板位置从25%时调到100%时，火焰长度从11.5cm减小到9.5cm。但一次空气调节挡板全关的时候，火焰长度陡然增加很多，例如表3中在燃气流量为0.28m3/h、燃气压力3.35kPa、一次空气调节挡板位置在0的时候，火焰长度增加到18cm，这是因为这时火焰结构发生变化，由部分预混燃烧火焰转变为全扩散燃烧火焰，空气混合过程大大延长，推迟了整个燃烧过程，使得燃烧时间延长，火焰长度陡然增加。这种部分预混燃烧火焰转变为全扩散燃烧火焰过程，火焰长度突增，非常容易引起周围火灾，在灶具使用中需要特别注意。另外，表1中一次空气调节挡板位置在100%、燃气流量为0.1m3/h的情况，表2、3中一次空气调节挡板位置在100%、燃气流量为0.28m3/h的情况，它们随着一次空气量的增加，火焰长度也增加，对应的火焰长度变化规律与前面不同。笔者认为，这时预混的风量太大，会降低火焰中心温度，延长燃烧过程，因此导致火焰长度增加。
    可见，一次空气量对家用燃气灶具火焰长度影响很大。一次空气量不足导致燃烧过程延长，火焰长度增加，甚至由部分预混燃烧火焰转变为全扩散燃烧火焰。一次空气量过大，也会延长燃烧过程，使火焰长度增加。这两种情况都不利于燃气燃尽和锅的吸热，使热效率降低，污染加大。
2 结论
    ① 家用燃气灶具的火焰长度可用于判断灶具燃烧情况。火焰长度与一次空气量、燃气流量和燃气压力有关。
    ② 火焰长度随着燃气压力增加而增加，随着燃气流量增加而增加。
    ③ 一次空气量对家用燃气灶具火焰长度及燃气燃烧影响很大。一般情况下，一次空气量增加，火焰长度减小。但一次空气量过大，也会使火焰长度增加，影响燃烧和锅的吸热。一次空气量不足会使火焰长度增加，甚至由部分预混燃烧火焰转变为全扩散燃烧火焰，火焰长度突增。
参考文献：
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[2] 彭世尼，郑利平，周建国.燃气快速热水器有效热水产率的分析[J].煤气与热力，2003，23(9)：545-547.
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[4] 李华，张雪梅，邓凯，等.全预混式炉灶污染物排放的试验研究[J].煤气与热力，2007，27(5)：36-39.
[5] 楼洋.一种具有烟气再循环的家庭用燃气灶具：中国，ZL 2008202043092[P].2009-11-04.
[6] 巨新刚，倪晋平.火焰长度的图像测量方法研究[J].应用光学，2006，27(6)：524-527.
 
(本文作者：楼洋 华南理工大学理学院 广东广州 510640)