燃?xì)鉄崴髟诓煌０蔚貐^(qū)的適應(yīng)性研究

范 威，梁國(guó)榮

(廣東美的廚衛(wèi)電器制造有限公司，廣東 佛山 528311)

燃?xì)鉄崴麟S著國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展和其自身快速高效供熱的特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸地成為家庭洗浴首選家電產(chǎn)品。目前，燃?xì)鉄崴鞯纳a(chǎn)和設(shè)計(jì)幾乎全部集中在我國(guó)東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的低海拔地區(qū)。我國(guó)幅員遼闊，地理環(huán)境復(fù)雜多變，從青藏高原到東部沿海，不同的地區(qū)海拔不同，大氣壓力隨著海拔的增加而逐漸降低，空氣逐漸稀薄。而燃?xì)鉄崴魇且环N依靠燃燒理論來(lái)支撐的家用電器，海拔的變化對(duì)其能否正常工作有著很大的影響。因此，研究海拔對(duì)燃?xì)鉄崴鬟\(yùn)行的影響和其對(duì)不同海拔地區(qū)適應(yīng)性的方法研究是很重要的。

1 燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵指標(biāo)

1.1 燃?xì)馊紵磻?yīng)方程式

燃?xì)獾娜紵磻?yīng)方程是所有的碳?xì)浠衔锶紵磻?yīng)前后物質(zhì)本身的變化，以及反應(yīng)物和產(chǎn)生物之間的摩爾比例關(guān)系［1］。

對(duì)于所有的碳?xì)浠衔顲mHn類燃?xì)馀c空氣的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式都可以用式1 表示：

式(1) 的意義為1 mol 的CmHn完全燃燒需要的空氣完全燃燒時(shí)的物質(zhì)的量之間的關(guān)系。

根據(jù)理想狀態(tài)方程：

可知：

式中：n1、n2為分別為完全燃燒反應(yīng)下燃?xì)夂涂諝獾奈镔|(zhì)的量；P 為燃燒反應(yīng)時(shí)的大氣壓；R 為普適氣體常數(shù)；T 為燃燒反應(yīng)時(shí)的環(huán)境溫度；V1、V2分別為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下完全燃燒反應(yīng)中燃?xì)夂涂諝獾捏w積。

通過(guò)式(3)可以知道燃?xì)馔耆紵磻?yīng)，在相同的大氣壓與環(huán)境溫度條件下，燃?xì)馀c所需空氣的體積量是不變的。

因此，可以得出燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵指標(biāo)為：只要滿足燃?xì)馀c空氣的體積比不變，就能滿足穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)，且不會(huì)隨著大氣壓和環(huán)境溫度的變化而變化。

1.2 過(guò)剩空氣系數(shù)

如前述的理論空氣量是完全燃燒的最小空氣量。由于燃?xì)馀c空氣存在混合不均勻性，在實(shí)際反應(yīng)中如果只供給理論空氣是不能完全燃燒的，因此實(shí)際供給的空氣量是大于理論空氣的［1］。實(shí)際供給的空氣量V 與理論需要空氣量V0之比稱為過(guò)剩空氣系數(shù) α，即：

通過(guò)式(3)與式(5)可知只要滿足不變，在不同的大氣壓力下均可以滿足穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)。

燃?xì)鉄崴鞯脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件為：101.3 kPa，溫度15 ℃。對(duì)應(yīng)的V1為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件下的燃?xì)饬髁浚罺2為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。

2 海拔對(duì)燃?xì)鉄崴鞯挠绊?/h2>

2.1 海拔對(duì)燃?xì)饷芏鹊挠绊?/h3>

海拔的升高意味著大氣壓強(qiáng)的降低，而絕對(duì)壓強(qiáng)能直接影響氣體的密度，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

式中：P0為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3 kPa；為任意海拔下的大氣壓。

2.2 海拔對(duì)燃?xì)饬髁康挠绊?/h3>

根據(jù)伯努利方程可以知道噴嘴的出口速度［2］為：

式中：ν 為燃?xì)鈬娮炝魉伲沪?為噴嘴流量系數(shù)；△P 為噴嘴前壓；ρg為燃?xì)饷芏取?/p>

所以噴嘴流量計(jì)算為：

式中：Vg為噴嘴的氣流量；S 為噴嘴總截面積。

由于燃?xì)獾墓鈮毫κ潜灰?guī)定的，燃?xì)鉄崴鞯慕Y(jié)構(gòu)不變的情況下，對(duì)于任意海拔，△P，μ，S 不變，其燃?xì)鈬娮炜偭髁颗c標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下設(shè)計(jì)總流量的比值為：

根據(jù)10 可得：

由此可見(jiàn)，隨著海拔的增加，燃?xì)鉄崴鞯娜細(xì)饬髁繒?huì)增加。根據(jù)式(11)可以推算出不同海拔燃?xì)饬髁吭黾拥谋戎涤?jì)算公式為：

表1 給出了不同海拔下燃?xì)鉄崴魅細(xì)饬髁康脑黾影俜直取?/p>

表1 不同海拔燃?xì)饬髁吭黾恿?/p>

2.3 海拔對(duì)風(fēng)機(jī)流量的影響

因?yàn)槿細(xì)鉄崴鞯恼麢C(jī)結(jié)構(gòu)不變，故風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變。所以在不同的海拔下只影響空氣的密度，而并不會(huì)影響風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，因此風(fēng)機(jī)的供氣體積量αV2不變。

3 燃?xì)鉄崴鲗?duì)于海拔的適應(yīng)性方案

第一種為針對(duì)不同海拔，根據(jù)燃?xì)饬髁吭黾庸剑O(shè)計(jì)燃?xì)獗壤y調(diào)節(jié)程序來(lái)調(diào)節(jié)△P，進(jìn)而減少燃?xì)獾墓┙o量，使保持不變。

第二種為通過(guò)程序增加風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，使αV2增大，進(jìn)而保持不變。

由于第二種方案增加了風(fēng)機(jī)風(fēng)量，會(huì)帶來(lái)燃燒速度變化等新情況，在設(shè)計(jì)余量不大的情況下可能出現(xiàn)脫火等問(wèn)題，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)使用中建議采用第一種方案來(lái)滿足燃?xì)鉄崴鲗?duì)不同海拔地區(qū)的使用適應(yīng)性問(wèn)題。

采用第一種方案，分別在廣東佛山和青海西寧進(jìn)行了煙氣排放的對(duì)比測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 廣東佛山和青海西寧進(jìn)行了煙氣排放的對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)表2 可以看出，在不改變?nèi)細(xì)饬枯敵龅那闆r下，西寧測(cè)試的煙氣明顯變差，CO 和NOx 的排放明顯變多。在采用了方案一改變?nèi)細(xì)廨敵龊螅珻O 和NOx 得到改善，排放情況與佛山的測(cè)試結(jié)果相當(dāng)。由此可以證明，針對(duì)不同海拔采用方案一是有效的。