燃烧器引射管喷嘴燃烧时间分析与计算

分析了几种便携式燃烧器系统的特点和应用的热负荷范围;导出了油箱容积、气箱容积、充气隔的压力降和烧时间的关系。推导了引射器和燃烧室特性方程,给出了最佳结构条件的计算公式;引射系数一定时,存在一最佳几何参数,使引射管和燃烧室最佳工况一致。对燃烧系统采用的喷嘴形式进行了判断;指出喷嘴出El至混台室进El这段直管的长度对引射性能有较大影响,给出了该直段的长度计算公式。这些对燃烧系统的设计和调试有重要参考价值。
    随着燃气(煤气、液化气及天然气)事业的发展,燃气用具进入了城市每一个家庭。但是由于加工、输送及储存等原因,燃气对于野外勘探人员、野外训练和执勤的战士来讲仍不适用。因此,燃烧液体燃料的便携式燃烧器作为一种在特殊情况下的补充用灶具还是非常受欢迎的,如由704研究所与武警上海市总队后勤部联台研制的便携式燃烧器设备就曾在两个博览会上分别获得金奖和银奖。液体燃料可以是便于获得的煤油、汽油(从汽车油箱中获取)和柴油等。
1 燃烧系统流程
    把油箱手动加压至要求值,油流人预热管后被加热汽化,汽化的油经喷嘴高速喷人引射管,然后进入燃烧器,油汽从燃烧器火盖逸出经点火后燃烧燃烧发出的部分热又加热汽化预热管内的燃油,汽化的液体燃料就这样源源不断地进入燃烧器,使燃烧器连续工作。燃烧系统的喷嘴和预热管的连接主要有两种形式,一种是预热汽化管和喷嘴分开,中间由金属细管连接;另一种预热汽化管和喷嘴组装成体,简称预热管针阀组件,汽化管和喷嘴分开时,由于汽化后的高温油汽进入喷嘴前要经过一段较冷的连接管,有时会部分冷凝,影响燃烧效果;另外,油高温汽化时会分解出碳粒,由于预热管内无扰动,碳很容易集结而堵塞管路,一般用在管径大、流速高不易堵的大负荷燃烧系统;
    小型燃烧器目前大多采用整体式,预热管内有一针杆,调节针阀时针杆前后移动,使预热管内不容易结碳。油箱和加压用的气箱连接也有两种,一种是气箱和油箱分开。由于气箱和油箱分开,可以在气箱和油箱连接的空气管路上装稳压器来保持油箱压力基本恒定,这样气箱压力可以高些,保证充一次气使用较长时问。油箱和气箱为一体,油箱的上部约三分之一的空间为空气,空气加压后迫使油流动,由于目前还没有可供汽油、煤油等液体燃料使用的可靠稳压阀,因此,在燃烧过程中油箱压力不能保持稳定,而是缓慢下降(热负荷也随压力下降),当下降到某一压力时燃烧器不能稳定燃烧,要重新充气,所以油箱容积、空气空间容积、两次充气间隔油箱压降、燃烧器热负荷以及燃烧时间之间存在台适匹配问题,经推导它们之间的关系为:
2 喷嘴设计
    喷嘴的作用是输送燃料,保证产生所需发热量的油通过喷嘴进人燃烧室,油汽从喷嘴以较高的速度喷出,射流卷吸一次空气进人引射管,通过混合、扩压而进入燃烧器头部,其结构形状和直径大小对热负荷及燃烧的稳定性有直接影响。喷嘴前压力一般大于49034Pa(表),温度为200左右,喷嘴后压力接近大气压。而一般家用管道煤气灶喷嘴前的压力为300Pa(表),温度接近室温,由此可知汽化油灶喷嘴前的压力和温度比一般家用燃气灶高许多因此,喷嘴的设计不能按一般家用煤气或液化气喷嘴设计公式计算,而应考虑喷嘴前后温度、压力的影响。
3 引射管设计
    喷嘴喷出的燃汽和引射的空气,在引射管混合段混合均匀,经扩压段在引射管末端形成所需要的剩余压力,用来克服气流在燃烧器头部的阻力,使油汽在火孔出口有合适的速度,保证燃烧器稳定工作。
3.1挣性方程
    喷嘴前工作压力高于2000Pa时引射器被吸人的空气流速比较大,其动量不能忽略,因而在吸人段产生阻力损失。又由于空气与油汽的速度差减小,混合管内的损失减小。在中压引射器中喷嘴前后压力变化大,要考虑燃气的压缩性取喷嘴出口和混合管出口两平面I~Ⅱ为计算截面。
3.2燃烧室特性方程
    油汽和空气混台物在燃烧室内必须具有一定的静压,才能保证所需的火孔气流速度和火孔热强度。该静压由引射器提供,它用于克服以下三种损失:从头部流出的流动损失、气流通过火孔被加热而产生的气流加速损失以及火孔出151动压损失。
4 喷嘴出口至混合室进口直段的长度
    对引射性能有较大影响的尺寸还有喷嘴出口至混合室进151这段直管的长度。根据射流理论,喷嘴距混合室的最适宜的距离要由下列条件来决定,即在一定的喷嘴系数情况下,自由流束的终截面要与混合室的人151截面积相等。
5 结论
    根据实际分析丁几种便携式燃烧器系统的特点,根据压力降和燃烧时间的关系可以确定整个油箱上部空气空间的大小。根据动量守恒原理推导了引射器的特性方程和最佳结构条件下引射器的计算公式,给出了引射器和燃烧室之间最佳工况一致性的判定方法,对燃烧系统采用的喷嘴形式进行了判断,并绐出了喷嘴直径和其出151至混合室进口直段的长度计算公式,该距离的正确确定对实际引射系数有较大影响。这些理论已在实践中得到验证,对燃烧系统的设计和调试有重要参考价值。

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