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多孔介质燃气热水器的燃烧、换热特性研究及产品设计

作　者: 谢芳芳
导　师: 王恩宇
学　校: 河北工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 多孔介质燃烧燃烧温度污染物排放燃气热水器
分类号: TS914.252
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着全球能源资源紧缺,全球气候问题的日益凸现,节能减排成了我国当今经济发展的主要方向。多孔介质是一种可以提高换热性能的新型节能减排的材料,将多孔介质应用到燃气热水器中,可提高燃气热水器的热效率、降低污染物排放量、缩小燃气热水器体积。由于多孔介质的应用,燃烧室温度大幅度提高,这样就降低了多孔介质材料的使用寿命。既能控制燃烧室温度,又能有效提高燃气热水器的热效率,成为多孔介质在燃气热水器中应用的一个关键技术。本文首先研究了冷却条件对多孔介质燃烧室的燃烧、换热特性的影响,得出了冷却条件对多孔介质燃烧温度以及污染物排放曲线图。在燃烧室面积与燃烧强度一定的条件下,冷却水流速越大,冷却条件越好。文中定义燃烧室温度为某一定值时,所对应的水侧吸热量为临界换热量,根据能量守恒,推导出临界换热量公式,并根据此公式计算得到临界换热量的理论值,与试验值进行比较,试验值与理论值能较好的吻合。由此得到了换热器换热系数与换热面的关系式,为设计多孔介质燃气热水器提供理论依据。冷却条件对多孔介质燃烧的燃烧温度以及其污染物排放都有很大的影响。在燃烧强度一定、燃烧室面积一定的前提下,冷却条件越好,燃烧室温度越低,燃烧污染物中CO的含量越高,NOx排放量越低。其次根据国家标准设计了一种螺旋管式多孔介质燃气热水器,并对其进行了验证性试验。试验结果表明,螺旋管式多孔介质燃气热水器的热效率远远高于国家标准中的要求,在某些工况下,热效率甚至达到100%以上,而其污染物排放量以及烟气温度也低于国家标准中所限制的排放量,说明多孔介质燃气热水器的开发有其必要性,但是此种型式的燃气热水器存在一些不足。在此基础上,对螺旋管式多孔介质燃气热水器进行了几方面的改进,设计了一种长圆盘管式多孔介质燃气热水器,对其进行了验证性试验,试验结果表明:采用上进下出型可以有效地减少烟气中CO和NOx的含量,热水器效率以及其他指标的测试均优于国家要求。本文的研究结果,为多孔介质燃气热水器的研究与开发提供了试验数据与理论基础。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-24
  1.1 背景  12
  1.2 燃气热水器发展情况  12-17
    1.2.1 冷凝式燃气快速热水器  13-15
    1.2.2 燃气壁挂炉  15
    1.2.3 太阳能-燃气两用热水器  15-16
    1.2.4 热泵热水器预热式燃气热水系统  16-17
  1.3 多孔介质燃烧技术概述  17-21
    1.3.1 多孔介质概述  18-19
    1.3.2 多孔介质燃烧技术概述  19-20
    1.3.3 多孔介质燃烧换热器的发展现状  20-21
  1.4 课题研究意义及内容  21-24
    1.4.1 课题研究意义  21
    1.4.2 课题研究内容  21-24
第二章冷却条件对多孔介质燃烧的影响性试验系统  24-32
  2.1 冷却条件对多孔介质燃烧的影响性试验系统  24-29
    2.1.1 试验系统  24
    2.1.2 供气系统  24-25
    2.1.3 供水系统  25
    2.1.4 燃烧与换热系统  25-27
    2.1.5 测量控制系统  27-29
  2.2 试验用材料  29-30
    2.2.1 试验用液化石油气  29-30
    2.2.2 试验用多孔介质  30
  2.3 本章小结  30-32
第三章冷却条件对多孔介质燃烧的影响性试验研究  32-48
  3.1 水流速与燃烧室面积对冷却条件的影响  32-36
    3.1.1 水流速改变对冷却条件的影响  33-35
    3.1.2 燃烧室面积对冷却条件的影响  35-36
  3.2 冷却条件对多孔介质燃烧的影响  36-46
    3.2.1 水侧吸热量对多孔介质燃烧温度的影响  36-38
    3.2.2 多孔介质燃烧临界换热量理论值与试验值的对比  38-41
    3.2.3 冷却条件对多孔介质燃烧污染物排放的影响  41-46
  3.3 本章小结  46-48
第四章螺旋管式多孔介质燃气热水器的设计及性能测试  48-60
  4.1 螺旋管式多孔介质燃气热水器的结构设计及试验系统  48-51
    4.1.1 燃烧换热室的设计  48-49
    4.1.2 试验系统  49-50
    4.1.3 试验用材料  50
    4.1.4 试验内容  50-51
  4.2 燃气热水器热水性能测试标准  51-53
    4.2.1 热负荷试验方法  51
    4.2.2 热效率  51
    4.2.3 热水产率  51-52
    4.2.4 热水温升  52
    4.2.5 加热时间  52
    4.2.6 热水温度稳定时间  52
    4.2.7 烟气中一氧化碳含量  52-53
    4.2.8 烟气中氮氧化物含量  53
  4.3 试验结果及分析  53-57
    4.3.1 当量比一定时，热效率变化曲线  53-54
    4.3.2 热效率随当量比变化曲线  54
    4.3.3 热水温升  54-56
    4.3.4 烟气中CO 含量及烟气温度分析  56-57
    4.3.5 烟气中NO_x含量分析  57
  4.4 本章小结  57-60
第五章长圆盘管式多孔介质燃气热水器的设计及性能测试  60-72
  5.1 长圆盘管式多孔介质燃气热水器的结构设计  60-63
    5.1.1 引射器的设计  60
    5.1.2 热水器外壁设计  60
    5.1.3 引风机的选择  60-63
  5.2 长圆盘管式多孔介质燃气热水器的性能测试过程  63-64
    5.2.1 试验系统  63-64
    5.2.2 试验材料  64
    5.2.3 试验内容  64
  5.3 热水器额定工况性能试验  64-66
    5.3.1 热水器热效率  65
    5.3.2 热水产率  65
    5.3.3 热水温升  65-66
    5.3.4 烟气中CO、NO_x排放量以及烟气温度  66
  5.4 热水器其他工况性能试验与分析  66-69
    5.4.1 热水器热效率对比  66-67
    5.4.2 热水产率对比  67-68
    5.4.3 热水温升  68
    5.4.4 烟气中CO、NO_x排放量以及烟气温度  68
    5.4.5 其他项目试验分析  68
    5.4.6 燃烧室温度分析  68-69
  5.5 本章小结  69-72
    5.5.1 长圆盘管型燃气热水器的优点  69-70
    5.5.2 长圆盘管型燃气热水器所存在的不足  70
    5.5.3 对于以后工作的建议  70-72
第六章全文总结和展望  72-74
  6.1 本文主要结论  72-73
  6.2 下一步的工作和建议  73-74
参考文献  74-77
附录A  77-78
致谢  78

多孔介质燃气热水器的燃烧、换热特性研究及产品设计

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