大功率高效率的燃氣灶研發探討

王 梅

（廣東萬和新電氣股份有限公司，廣州 528305）

我國具有較高的能源總量以及豐富的能源種類，但因我國人口數量較多，同世界上很多國家相比，人均可用能源量則相對較少。在生活中，能源可以說是保障生活質量的重要基礎，而在科技不斷發展的過程中，人們對能源的需求量以及依賴性只會逐漸增大，需要從多方面節約能源。在日常生活中，燃氣灶是重要的電器設備，人們需要做好高效率燃氣灶的研發，在滿足人們生活需要的同時更好地達到能源節約的目標。

1 高效燃氣灶結構總體設計

燃氣灶在半包圍的空間內燃燒，在燃燒過程中，部分熱量將經過開放空間向外散發，因沒有充分利用而具體利用效率表現并不佳。通常，目前所使用的燃氣灶熱效率都在56%左右。本研究希望通過新型結構的設計來減少熱損失，以實現其使用效率的提升。本文設計的燃氣灶具有四個顯著特點。

（1）在實際使用中，火焰以向內的方式噴射，使火焰能夠以更為集中的方式對鍋底進行加熱，同時減少火焰在燃燒中同周邊空氣的接觸面，在對高溫煙氣同周邊輻射換熱情況進行減少的基礎上對高溫煙氣同鍋底間的輻射換熱以及對流換熱進行增加，進而實現熱效率的提升。

（2）燃氣燃燒時會形成向上的氣流，人們可以充分發揮抽吸功能，從燃燒器的底部中心位置對二次空氣進行補充，在燃燒充分的情況下獲得更少的廢氣排放量。

（3）使用集煙罩，其設置可以起到強化燃燒的作用，并提升換熱。

（4）對兩排火孔進行設計，其中第二排為環形火孔，能夠在穩焰方面起到較好效果，同時實現二次空氣的充分利用。同普通燃氣灶相比，其能夠較好地滿足低排放、大負荷以及高效率的運行要求，其中，引射器以及爐頭等結構設計可以說是研究的關鍵點。考慮到未來需要對試驗工況進行不斷調整，具體設計也要充分考慮靈活性，即通過簡單方式的應用即能夠起到變化結構的效果，具體表現在噴嘴基座可以根據需求固定或者移動，可以更換火蓋同下方混合室連接部位，以更好地對不同狀況下的燃燒特性進行研究。

2 高效燃氣灶結構具體設計

2.1 燃燒器引射管設計

引射管是燃燒器的重要組成部分，具有對一次空氣進行引射，使燃氣同空氣均勻、充分混合以及提供燃燒器火蓋部分背壓的作用。對于引射管來說，其性能的高低將直接對燃燒器的燃燒特性產生影響，做好引射管的設計則成為獲得良好燃燒特性的關鍵。目前，很多關于引射管的研究都將其內流動作為一維流動，在流線方向動量守恒的基礎上通過建立方程對其進行計算，但該種計算方式并不能夠給出引射器的具體數值。

同傳統的引射器相比，高效引射器具有更大的熱負荷和燃氣量，人們需要在原有的基礎上重新設計引射器。具體來說，主要需要優化的點包括有擴壓段長度、喉部尺寸以及直管段長度等，增加喉部長度和直徑能夠有效優化引射系數，漸擴段長度增加2mm能夠獲得較好的效果，但如果繼續增加效果則不明顯。在實際設計中，不可能對其長度與直徑進行無限度的增加，人們需要聯系實際計算結果來確定適合的尺寸。

2.2 爐頭設計

在燃氣灶中，爐頭的作用有兩方面，首先，當引射管當中混合氣體傳輸到爐頭位置時，其可以進行進一步的混合處理。其次，爐頭能夠以均勻的方式將混合氣體通過火孔分配開來。目前，在家用燃氣灶中，所使用的都是多火孔爐頭，本設計使用的為多火孔爐頭。從理論角度來說，當爐頭具有較大尺寸與面積時，混合氣體在火孔中分配的流量更為均勻，不同火孔具有更為平均的燃燒狀態。如果爐頭體積過大，在點火之前，爐頭將具有大量空氣，實際點火時存在較大的噪聲，在熄火時，爐頭中也具有大量的混合氣體，會出現熄火噪聲情況。通常，需要保證爐頭的截面面積為總火孔面積的兩倍。根據計算可知，爐頭直徑為100mm，能夠有效提升熱效率，雖然煙氣存在一定波動，但也符合國家相關要求。而在110mm后，繼續對爐頭直徑增加，熱效率卻逐漸下降，從綜合角度考慮，將爐頭直徑確定為100mm。

2.3 火蓋結構設計

在具體設計火蓋時，需要將火孔的燃燒能力作為關鍵因素進行考慮。火孔的燃燒能力是指火孔完全燃燒、處于穩定狀態下的燃氣使用量。在本設計中，它主要具有兩方面內容。

2.3.1 外環火蓋設計

外環火蓋具有兩排火孔，即處于下部的環形火孔和處于上部的方形火孔。環形火孔的應用，能夠對出口的面積與形狀進行重塑，以改變火孔強度。本文對4種不同強度的外環火蓋進行設計，以逐漸增加火孔面積，降低火孔強度。

2.3.2 內環火蓋設計

在燃燒器內部對中心火進行設計，其功率占總功率的20%。為了使外環與中心具有足夠的二次空氣進口空間，滿足活動強度范圍，特對頂部位置不具有火孔的柱形火蓋、錐形火蓋以及頂部具有火孔的火蓋進行設計，以實現熱負荷目標，有效節約空間。

2.4 混合室設計

在燃氣灶燃燒器中，混合室的作用是充分均勻空氣、燃氣混合物，之后將其傳輸到火蓋的頭部位置，再分布到不同火孔實現完全、穩定的燃燒。根據該要求，要保證頭部不同點具有相等的混合氣體壓力。需要注意的是，從引射管進入混合室的過程中，需要保證混合氣傳輸的暢通性，這樣才能夠保證混合氣體舒暢流動，使引射管能夠實現足量一次空氣的引入。同時，要做好混合室容積控制，避免容積過大，防止在關火時由于內部存在較多的混合氣體出現滅火噪聲情況。

2.5 煙氣罩結構設計

煙氣罩的設計，能夠使煙氣在鍋壁面以及鍋底位置具有更長的停留時間，使煙氣熱量能夠更好地加熱整個鍋體，有效提升燃燒產生的熱量。同時，在煙氣作用影響下，鍋外部空氣的熱對流以及熱傳導都將減少，以實現燃燒效率的提升。

3 結語

本文對大功率高效率的燃氣灶研發進行研究。未來，人們還需要不斷優化細節，進一步提升燃燒效率，以獲得更好的設計效果。

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