灶具燃烧器一次空气系数的影响及其测量与调节的研究

灶具燃烧器一次空气系数的影响及其测量与调节的研究

 张璧

广东威特真空电子制造有限公司  528311

摘要：本文探讨了一次空气系数对灶具性能的影响及其可行的调节方法。一次空气系数反应了在灶具燃烧器内部混合空气的多少，对灶具的污染物排放、热效率、燃烧性能等方面都是很重要的影响因素。测量和调节一次空气系数对灶具的研发是一项至关重要的工作。测量一次空气系数的方法有直接抽取法、流量统计法和数值模拟与计算方法。调节一次空气系数的方法有调节喷嘴、一次空气进口面、混合腔体结构和火孔参数。

关键词：一次空气系数；家用燃气灶；调节方法

引言

家用灶具作为现代生活中不可或缺的家庭用品，其性能和效率对能源利用、环境保护以及用户经济成本都具有重要影响。我国对家用灶具的燃烧性能和效率都做了严格的限定，要求CO排放低于500ppm，热效率一级能效在63%以上。随着灶具行业发展，各大家电公司对家用灶具的各项指标进一步突破，性能指标也越来越好，这对灶具研发设计人员的专业度有了更高的要求。在家用灶具研发设计中，一次空气系数是灶具设计中一个很关键的参数。本文旨在探讨一次空气系数对灶具性能的影响及其可行的调节方法。首先我们探讨了一次空气系数的定义及对灶具的影响因素；然后，详细介绍了下一次空气系数测试评估的方法及灶具设计的结构对一次空气系数的影响；最后，我们对在灶具设计中的调节方法进行的详细的讨论。通过深入了解一次空气系数这一参数的影响及调节方法，能更好为未来灶具的设计提供参考，促进家用燃气灶具行业的创新和进步。

一、一次空气系数对灶具性能的影响

（一）一次空气系数的定义

燃气灶作为一种常见的厨房设备，通过将天然气或液化石油气等燃气与空气混合并点燃，产生高温火焰以加热烹饪器具。燃气灶中燃气燃烧的过程为：首先燃气经过内部的管道及控制装置进入到燃气喷嘴，经过喷嘴前端细小的孔径将燃气喷出；然后喷出的燃气以射流的形态带动周围的部分空气进行混合；接着混合气体进入燃烧器的混合腔充分混合后再由燃气器的火孔流出进行燃烧。

一次空气系数定义如下： 一次空系数=预混空气量/燃烧当量比空气量

预混空气量为在燃烧器火孔燃烧前与燃气混合的空气量，燃烧当量比空气量为燃料所需的完全燃烧反应时所需的空气量。

一次空气系数反应了在灶具燃烧器内部混合空气的多少。

（二）一次空气系数对燃烧污染物排放的影响

灶具燃烧会产生微量的有害污染物，我国对CO的排放做了的限制。CO排放量过高会对人类造成身体危害，CO排放值越低越好。CO是因为不充分燃烧生成的，一次空系数越高补充的空气越多，燃烧越充分，CO排放值越低。

（三）一次空气系数对热效率的影响

灶具热效率与燃烧火焰的换热效率直接相关，火焰温度越高热效率越高，火焰与锅具接触越充分效率越高。过低的一次空气系数会造成火焰变长，造成火焰热量利用不完全，从而影响热效率；过高的一次空气系数会造成火焰很短，与锅底接触变少，效率也会变低。要做到热效率最高，需要选择合适的一次空气系数。

（四）一次空气系数对燃烧性能的影响

灶具燃烧器需要做到不离焰、不回火及没有黄焰。过高的一次空气系数，会让火焰变短，燃烧速度变高，会造成灶具燃烧器更加容易回火，对燃料波动的适应性变差。过低的一次空气系数会造成火焰燃烧不完成，有明显的黄焰出现，影响正常的使用。因此也需要选择合适的一次空气系数匹配灶具的燃烧性能。

总之一次空气系数在灶具的污染物排放、热效率、燃烧性能等方面都是很重要的影响因素。因此，测量和调节一次空气系数对灶具的研发是一项至关重要的工作，有助于推动未来灶具技术的突破和创新。

二、一次空气系数的测量评估方法

燃料在灶具燃烧器完全燃烧，除了一次空气之外还需要在燃烧空间进行额外的空气补充，这造成直接测量燃烧后的产物组分不能直接得到一次空气系数的具体数值。测量一次空气系数的方法如下。

（一）直接抽取法

直接抽取法式是一种常见的一次空气系数测量方法。在这种方法中，气体抽取装置被直接放置于燃烧器的混合腔之中，通过测试气体混合腔中的气体组分，得到一次空气系数的具体数值。这种方法相对简单，所需的测试工具最少，但误差也比较大。在混合腔中安装抽取装置会影响增加流体的流动阻力，造成一次空隙系数测量值有所偏差。

（二）流量统计法

流量统计法是另一种传统的测试方法。在这种情况下，燃气灶具在一个容器内，容器周围没有额外压力。通过测量燃气的流量和被引射的空气的流量，计算出一次空气系数的数值。这种方法要求精度更高，流量测试仪器需要更加精密。

（三）数值模拟与计算

随着计算能力的提高，数值模拟成为评估燃气灶具性能的强大工具。通过使用计算流体力学（CFD）模拟燃烧过程，可以预测燃气灶具的内部流场的分布，统计燃气的流量的引射空气的流量可以计算出一次空气系数而无需实际测试。这种方法节省时间和资源，同时可以更详细地分析灶具内部流体流动过程，但数值模拟的精度会造成一次空气系数计算的误差。

总之，一次空气系数的测量方法在实验测试中起着至关重要的作用。传统方法直接抽取法及流量统计法提供了基础的测试理念，而新兴方法如数值模拟提供了更详细的内部流场流动并节约了时间和资源。实验人员可证据需要测试的精度和具体测试条件进行选择。

三、影响一次空气系数的因素及调节方法

（一）影响一次空气系数的因素

一次空气系数反应了喷嘴射流出的燃气对周围空气的引射能力，对一次空气系数造成影响的因素很多。分析如下：

喷嘴：喷嘴的形状会直接影响一次空气进入。

引射管：引射管的形状会影响引射能量的利用效率，进而影响一次空气系数。

混合腔：混合腔的结构设计会影响燃气流道的阻力，不合理的流道设计会造成流动阻力变大，一次空气系数偏低。

燃烧器火孔：燃烧器火孔的面积直接影响燃烧器的前端压力，过小的火孔面积会使得一次空气系数变低，过大的火孔面积会造成一次空气系数变高。

（二）一次空气系数的调节方法

1. 调节喷嘴

喷嘴形状会直接影响燃气射流的强度。在燃烧器其他结构不变的情况下，可以通过调节喷嘴孔径的形状调节一次空气系数。平孔形状的喷嘴射流效果最好，沉孔形式的喷嘴会让射流能量变低，降低一次空气系数。在同一个燃烧器需要适用多种气源的情况下，可以通过使用不同喷嘴形状匹配合适的一次空气系数。

2. 一次空气进口

调节一次空气进口的面积是国内最常用的一次空气系数调节方法。通过改变进口面积的大小，改变一次空气的进气阻力，进而调节一次空气的进气量。在国内普遍使用的燃气灶上，通过一次空气进口面积的调节，适应液化气和天气两种不同气源的使用。

3. 混合腔体结构

混合腔结构设计会影响燃气流道的阻力，优化混合腔流体的流动通道，会使得一次空气系数增加。目前有一定技术实力的厂商会利用仿真手段对混合腔结构进行优化，用以提升一次空气系数。

4. 火孔调节

火孔面积改变可以明显的改变一次空气系数。但火孔面积的改变会影响整体的燃烧性能，太大的火孔面积会造成火焰更加容易回火，过小的火孔面积会造成火焰容易离焰。调整火孔面积需要综合考虑。

综上所述，影响一次空气系数因素有喷嘴结构、一次空气进口面积、混合腔体结构和火孔面积。工程师可以在技术创新中，根据特定情况改变对应的结构或参数对一次空气系数进行控制。

结语

燃气灶具的一次空气系数是一个十分重要的参数，会直接影响灶具的污染物排放、热效率、燃烧性能等方面。测量和调节一次空气系数对灶具的研发是一项至关重要的工作，采用不同的测量方法可以得到一次空气系数的具体数值。影响一次空气系数的因素有喷嘴、引射管、混合腔和燃烧器火孔，研发人员可根据具体情况选着对应的调节方式。

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