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【论文精选】搅拌深度对燃烧器热效率的影响

2019-01-29 22:03 7

第一作者单位:国家燃气用具质量监督检验中心

摘自《煤气与热力》2017年4月刊

1   概述

目前,我国为了减少环境污染,大力提倡燃气的使用,燃气的消耗量快速增加。为了充分利用而不浪费,我国针对相关产品进行能效限定。国家标准GB 30720—2014《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》(以下简称GB 30720)规定了家用燃气灶具(以下简称灶具)的能效限定值、节能评价值、能效等级、试验方法和检验规则,适用于使用城市燃气的单个燃烧器额定热负荷不大于5.23 kW的家用燃气灶具。本文以GB 30720为依托讨论搅拌器的搅拌深度在测试过程中对燃烧器热效率的影响。

2   试验对象和条件

①试验对象

本文对已经经过GB 16410—2007《家用燃气灶具》(以下简称GB 16410)及GB 30720检测合格的家用燃气灶进行试验。在合格产品中随机抽取了3台天然气双眼灶作为样机,分别对左、右眼燃烧器进行试验。

a.样机1为嵌入式天然气双眼灶,额定热流量为4.1 kW。根据GB 30720的规定,测试用下限锅内径为280 mm,上限锅内径为300 mm。

b.样机2为嵌入式天然气双眼灶,额定热流量为4.5 kW,根据GB 30720的规定,测试用下限锅内径为300 mm,上限锅内径为320 mm。

c.样机3为嵌入式天然气双眼灶,额定热流量为4.5 kW,根据GB 30720的规定,测试用下限锅内径为300 mm,上限锅内径为320 mm。

试验过程中采用自动搅拌、自动采集数据系统,将搅拌器搅拌深度分别设定为10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm和70 mm,记录相应数据并分析。

②试验条件及试验装置连接

为了保证试验过程的一致性,将搅拌起始点设定为10 mm(即距离锅底10 mm),测试人员固定,使用气源为天然气,试验气源参数见表1。

表1   试验气源参数

燃烧器热效率试验装置连接见图1。图1中,精密温度计应放置在水深1/2处的中心位置;搅拌器应放置在不接触精密温度计感温探头的位置;燃气灶前燃气压力测量点应距离进气口不大于100 mm。

1   燃烧器热效率试验装置连接

试验用搅拌器结构见图2。图2中,D为铝锅内直径,mm;h为铝锅深度,mm;搅拌盘用1 mm厚铝板制作,拉手用直径为4 mm不锈钢杆;图中单位为mm。

2   搅拌器结构

3   试验与计算方法

依据GB 16410,家用燃气灶具燃烧器热效率试验和计算方法如下。

调节湿式气体流量计,按图1连接试验装置。点燃燃烧器,燃气阀门调至最大,将燃气供气压力调整到额定值2.0 kPa。将下限锅置于灶上。燃烧15 min后换上试验锅,加热水量按标准规定,水初温应取室温(15~20 ℃)加5 K,水终温应取水初温加50 K。在水初温前5 K时(即室温时)开始搅拌,搅拌频率不小于30 次/min,到温度达到水初温时停止搅拌,并开始计算燃气消耗量。在水终温前5 K时又开始搅拌,到水终温时,记录所有参数。

实测燃烧器热效率计算式为:

记录所有参数,按式(1)、(2)计算实测燃烧器热效率。同一条件下做两次以上试验,连续两次燃烧器热效率的差在1%以下时,取平均值为实测燃烧器热效率。

试验完上限锅和下限锅的实测燃烧器热效率后,用式(3)计算试验燃烧器热效率:

4   测试结果分析

在同一气源条件下,搅拌深度分别为10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm和70 mm时,样机1、2、3的左、右眼燃烧器热效率见表2。

表2   样机1、2、3的左、右眼燃烧器热效率

按照表2中试验数据,样机1、2、3的搅拌深度与左、右眼燃烧器热效率关系分别图3~5。

图3   样机1燃烧器热效率与搅拌深度关系

样机1、2、3左、右眼燃烧器搅拌深度与燃烧器热效率的拟合曲线分别为:

4   样机2燃烧器热效率与搅拌深度关系

图5   样机3燃烧器热效率与搅拌深度关系

从上述数据分析可以得出,当搅拌器搅拌深度在30~50 mm时燃烧器热效率最高;当搅拌器搅拌深度小于30 mm时,燃烧器热效率随着搅拌深度的减小而降低;当搅拌器搅拌深度大于50 mm时,燃烧器热效率随着搅拌深度的增大而降低;样机1左、右眼燃烧器热效率最大值与最小值之差分别为0.9%、0.8%;样机2左、右眼燃烧器热效率最大值与最小值之差分别为1.1%、1.2%;样机3左、右眼燃烧器热效率最大值与最小值之差分别为1.0%、1.3%。

5   结论

本文以GB 30720—2014《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》为基础,通过对3台家用燃气灶进行测试,分析搅拌器搅拌深度对燃烧器热效率的影响。当搅拌深度在30~50 mm范围内时,搅拌器刚好将锅底的热水搅拌至温度计探头附近,灶具的燃烧器热效率较高;当搅拌深度小于30 mm时,由于未能将锅底热水搅拌至温度计探头处,燃烧器热效率会低,且搅拌深度越低燃烧器热效率越低;当搅拌深度大于50 mm时,由于试验锅内水混合较充分,水温相对较低,燃烧器热效率较低,且燃烧器热效率随着搅拌深度的增加而减小。

不同样机搅拌器深度在10~70 mm变化时,燃烧器热效率差值在1%左右。从3台样机数据中可见,选锅直径越大,即水量越多搅拌器深度影响越明显,因此为了试验的准确性,应将试验锅内水充分混合。

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