新型容積式燃氣熱水器的性能研究與優(yōu)化.pdf

1、熱水器在日常生活中具有重要的作用，伴隨世界資源的日益短缺，溫室效應的日益嚴峻，開發(fā)推廣高效率、低碳排放的熱水器具有重要意義。燃氣熱水器利用天然氣、液化氣等可燃氣體為燃料，相對電熱水器具有更佳的節(jié)能效果。
　　 本課題通過新的構想，將一種快速式燃氣熱水器的部分預混燃燒系統(tǒng)與常規(guī)容積式燃氣熱水器的水箱結合，構造出一種新的大功率、高能效、加熱時間短、碳排放和污染物排放更少的新型燃氣熱水系統(tǒng);并通過實驗和數(shù)值模擬，摸索和分析了新系統(tǒng)中一

2、系列關于燃燒和水箱內流體流動與換熱的問題。本文研究的主要內容如下:
　　 (1)對大功率部分預混燃燒器組進行實驗和數(shù)值模擬研究，探索壓力、溫度、速度分布對燃燒產物的影響。實驗燃燒器組由多個口琴式燃燒器組成，燃燒器之間為二次風通道，二次風通道提供的二次風對一次火焰進行助燃。為使系統(tǒng)達到最高能效，需要更多的換熱面積降低煙氣的排放溫度，從而使得系統(tǒng)的壓力損失大幅增加，本課題重點研究了高壓力損失下系統(tǒng)的主要控制參數(shù)變化和流場模型，發(fā)現(xiàn)這

3、種情況下系統(tǒng)需要更好的送風系統(tǒng)，來達到合理的燃燒參數(shù)。
　　 (2)搭建新型燃氣熱水器性能實驗系統(tǒng)，對該熱水器的燃燒系統(tǒng)進行實驗和數(shù)值模擬研究。新型容積式燃氣熱水器的上部設置有由多個口琴式燃燒器組成的燃燒器組，高溫煙氣由頂部向下流動，目的在于快速加熱水箱上部的儲水，短時間內便可向用戶提供熱水。實際樣機的測試中，出現(xiàn)了CO超標、燃燒振蕩等一系列問題，同時燃燒室內溫度過高，也不利于安全。本課題考慮對(1)的常規(guī)燃燒系統(tǒng)進行了改進，增

4、加了一個三次風裝置，形成一次風-二次風-三次風逐步遞進的燃燒方式，優(yōu)化了燃燒過程，提高了空氣和燃氣的混合均勻度;三次風同時起到冷卻燃燒室壁的作用，避免過熱和接觸型污染物的產生。本論文采用數(shù)值模型方法系統(tǒng)研究一次風、二次風與三次風流量與配比對燃燒效果的影響，結果表明一次風、二次風與三次風的比例為0.7∶0.1∶0.2時具有最佳的燃燒效果。
　　 (3)測試過程中發(fā)現(xiàn)本課題所研究的容積式燃氣熱水器，其燃燒系統(tǒng)置于水箱上部，主換熱室也

5、位于水箱上部，上部冷水能被迅速加熱，當用戶用水量較小時，可以達到即開即用的效果;其負面效果在于，水箱頂部熱水無法流動，極易過熱。為解決該問題，本課題對(2)中的新型容積式燃氣熱水器進出水系統(tǒng)進行了優(yōu)化，在水箱上部增加一個進水口，分流進入水箱的冷水，通過在上方噴射冷水，有效避免了水箱的過熱和溫度分布不均衡。通過簡單進水結構控制上下進水口的水量分布，調節(jié)水箱上部溫度，避免上部過熱和下部過冷，最大限度提高熱水產率，研究發(fā)現(xiàn)，采用上部進水占比2

6、5％時，能夠最大限度發(fā)揮水箱的儲熱功能。本課題應用了數(shù)值模擬的方法，對水箱內的冷熱水流動和換熱過程進行了動態(tài)模擬分析，以達到最大可使用的熱水量為求解目標，在頂部溫度不過熱，而且出水溫度始終高于可使用溫度的情況下，驗證了上下進水占比1∶3時具有較高的出熱水能力并保證不過熱，并通過實際測試，證明了該方案的效果。通過優(yōu)化的120L系統(tǒng)，具有105％的熱效率和729L的第一小時產水率，高于同類產品。
　　 本課題的研究結果證明，采用大功