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圖3-6-18 條形火孔

　　(2)單火孔頭部 對(duì)某些要求火力集中和火孔熱強(qiáng)度高的大氣式燃燒器，常采用孔徑較大的單火孔頭部。單火孔頭部的結(jié)構(gòu)形式也很多。圖3—6—19所示為工業(yè)用單火孔大氣式燃燒器的頭部，它由火孔、二次空氣口及火道三部分組成。燃燒所需要的二次空氣由爐內(nèi)負(fù)壓吸人，二次空氣口外面安裝調(diào)風(fēng)板，調(diào)節(jié)二次空氣的吸入量。由于燃燒器噴口為一個(gè)大火孔，其火焰與二次空氣的接觸面積比多火孔小，因此這種燃燒器的火焰較長(zhǎng)，只適用于有爐膛的工業(yè)加熱設(shè)備上。為了防止回火，火孔出口速度應(yīng)比多火孔大，所以需要用中(高)壓燃?xì)狻；鸬滥芷鸱乐姑摶鸬淖饔谩?br />
　　二、大氣式燃燒器的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

　　大氣式燃燒器比自然引風(fēng)擴(kuò)散式燃燒器火焰短，火力強(qiáng)，燃燒溫度高；比無火焰燃燒器的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，適應(yīng)性強(qiáng)；可以燃燒不同性質(zhì)的燃?xì)猓紵时容^高，燃燒比較安全，煙氣中C0含量較少，衛(wèi)生條件較好；可適應(yīng)低壓燃?xì)?；比鼓風(fēng)式燃燒器節(jié)省動(dòng)力，調(diào)節(jié)方便，尤其因?yàn)椴捎靡淦鹘Y(jié)構(gòu)，具有自調(diào)性，即當(dāng)燃燒器熱負(fù)荷在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，一次空氣系數(shù)能自行維持一常數(shù)。
　　但大氣式燃燒器熱負(fù)荷不宜太大，熱強(qiáng)度比無焰燃燒器低，火焰穩(wěn)定性不及擴(kuò)散式燃燒器，且不適應(yīng)正壓爐膛。
　　多火孔大氣式燃燒器應(yīng)用非常廣泛，在家庭及公用事業(yè)中的燃?xì)庥镁呷缛細(xì)庠睢崴?、沸水器及食堂灶上用得最廣泛。在小型鍋爐及工業(yè)爐上也有應(yīng)用。
　　單火孔大氣式燃燒器在中小型鍋爐及某些工業(yè)爐上廣泛應(yīng)用。

　　三、大氣式燃燒器的設(shè)計(jì)計(jì)算
　
　　大氣式燃燒器的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括頭部計(jì)算和引射器的計(jì)算。
　　如前述，頭部結(jié)構(gòu)有多火孔和單火孔。它們的設(shè)計(jì)計(jì)算均以保證穩(wěn)定燃燒為原則。一個(gè)合理設(shè)計(jì)的頭部，必須使火焰不出現(xiàn)離焰、回火和黃焰，井使火焰特性滿足加熱工藝的需要。
　　民用燃具大多數(shù)采用多火孔頭部，設(shè)計(jì)計(jì)算包括：選擇頭部型式及火孔形狀，計(jì)算火孔尺寸、間距、孔深、火孔排數(shù)及頭部容積，計(jì)算頭部靜壓力等內(nèi)容。常用設(shè)計(jì)參數(shù)列于表3—6—7。
　　引射器按工質(zhì)壓力可分為高、中壓(>2000Pa)及低壓(<2000Pa)兩種。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，前者需要考慮氣體的可壓縮性；后者則不必。
　　按被引射氣體的吸入速度，引射器又可分為常壓吸氣和負(fù)壓吸氣兩種。如果引射器的吸氣收縮管做得足夠大，并逐漸過渡到圓柱形混合管，這時(shí)被引入的空氣在收縮管內(nèi)的流速很小，可以忽略，這樣的引射器稱為常壓吸氣引射器，也稱為第二類引射器，低壓大氣式燃燒器的引射器多為此種；反之，如果吸氣收縮管做得較小，被吸入空氣流速較大，氣流在管內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，這時(shí)空氣流速便不可忽略，這樣的引射器則稱為負(fù)壓吸氣引射器，也叫第一類引射器。
　　比較而言，在第一類引射器中，燃?xì)夂涂諝獾乃俣炔钶^小，能量損失也較小，引射效率較高。高、中壓大氣式燃燒器的引射器多為負(fù)壓吸氣式引射器。
　　以下主要討論常壓吸氣低壓引射器的設(shè)計(jì)計(jì)算。
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表3-6-7 大氣式燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)

燃?xì)夥N類		煉焦煤氣	天然氣	液化石油氣
火孔尺寸/mm	圓孔dp	2.5～3.0	2.9～3.2	2.9～3.2
	方孔	2.0～1.2 1.5～5.0	2.0～3.0 2.4～1.6	2.0～3.0 2.4～1.6
火孔中心距s/mm		(2～3)dp
火孔深度h/mm		(2～3)dp
額定火孔熱或度qp/MW·mm-2		11.6～19.8	5.8～8.7	7.0～9.3
額定火孔出口流速vp/m·s-1		2.0～3.5	1.0～1.3	1.2～1.5
一次空氣系數(shù)α		0.55～0.60	0.60～0.65	0.60～0.65
喉部直徑與噴嘴直徑比dt/d		5～6	9～10	15～16
火孔面積與噴嘴面積比Fp/Fj		44～50	240～320	500～600

圖3-6-20 常壓吸氣低壓引射器的工作原理
1-噴嘴；2-吸氣收縮管；3-喉部；4-混合管；5-擴(kuò)壓管

　　計(jì)算以動(dòng)量定理、連續(xù)性方程及能量守恒定律為基礎(chǔ)，按圖3—6—20所示工作原理，可推導(dǎo)出它的特性方程如下：
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　　式中 h——引射器出口的靜壓力，Pa；
　　　　H——噴嘴前燃?xì)鈮毫?，Pa；
　　　　μ——噴嘴流量系數(shù)；
　　　　F——無因次面積，為喉部和噴嘴出口的面積比，即??

，它是引射器計(jì)算的基本參數(shù)；
　　　　u——質(zhì)量引射系數(shù)，??

為燃?xì)馀c引射空氣的質(zhì)量流量之比；
　　　　uρr——容積引射系數(shù)，ρr為燃?xì)庀鄬?duì)密度，??

　　　　K——能量損失系數(shù)，可表示為：
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　　這里，ψ₁是混合管末端的速度場(chǎng)不均勻系數(shù)，它與氣流的穩(wěn)定程度和流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，取決于速度場(chǎng)的分布狀況，當(dāng)混合管長(zhǎng)度為5～6倍喉部直徑時(shí)，ψ₁=1．02～1．04，混合管較短，ψ₁較大；ζ_mix是混合管摩擦阻力系數(shù)，ζ_mix=L_min/d_t，與混合管的氣體流動(dòng)狀態(tài)、加工質(zhì)量和長(zhǎng)度有關(guān)，通常取ζ_min=0.06～0.12；ζd為擴(kuò)壓管局部阻力系數(shù)，相應(yīng)于擴(kuò)壓管進(jìn)口流速；n表示擴(kuò)壓管的擴(kuò)張度n=F_d/F_t。
　　由上述分析可知，引射器形狀、尺寸及阻力特性不同時(shí)，能量損失系數(shù)尺值也不相同。
　　引射器的形狀及尺寸往往要根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料確定。圖3—6—21給出了三種引射器的形狀及尺寸比例。
　　其中l(wèi)型為較佳，能量損失系數(shù)K值較小，但引射器較長(zhǎng)；2型和3型長(zhǎng)度較短，但阻力較大，能量損失系數(shù)較高。當(dāng)噴嘴前燃?xì)鈮毫^高，允許有較大的能量損失時(shí)，可采用后兩種形式。
　　設(shè)計(jì)引射式大氣燃燒器時(shí)，會(huì)遇到兩種情況：
　　一種是，計(jì)算燃燒器的幾何尺寸和確定所需的燃?xì)鈮毫?。其?jì)算步驟是：(1)進(jìn)行頭部計(jì)算，確定α′、u、d_P、F_P、K₁值；(2)計(jì)算F_10P(最佳燃燒器參數(shù))、F_t、確定引射器各部分尺寸；(3)計(jì)算噴嘴尺寸及所需燃?xì)鈮毫Α?br /> 　　另一種是在給定燃?xì)鈮毫ο?，確定燃燒器幾何尺寸。其計(jì)算步驟如下：(1)頭部計(jì)算；(2)計(jì)算噴嘴尺寸；(3)計(jì)算F_1op，燃燒器參數(shù)A、X、F_t、計(jì)算F_t及引射器各部尺寸。
　　[例3—6—1] 設(shè)計(jì)一雙灶跟用燃燒器。已知：燃燒器熱負(fù)荷Q=2．8kW，燃燒以焦?fàn)t煤氣為主的城市燃?xì)?，其熱值開H₁=13423KJ/m³密度ρ_g=0.71kg／m³，相對(duì)密度ρ_r=0．55，理論空氣需要量V_o=3．15m³／m³，燃?xì)鈮毫=800Pa。