家用二甲醚灶具额定压力的确定_工程实践

摘要

摘要：通过整理大气式燃烧器的基本计算公式，得出喷嘴前供气压力的计算公式。利用二甲醚灶具设计参数的推荐值，计算出二甲醚灶具喷嘴前供气压力范围，通过验证试验，确定家用二甲醚灶

摘要：通过整理大气式燃烧器的基本计算公式，得出喷嘴前供气压力的计算公式。利用二甲醚灶具设计参数的推荐值，计算出二甲醚灶具喷嘴前供气压力范围，通过验证试验，确定家用二甲醚灶具的额定压力为2kPa。

关键词：二甲醚；家用燃气灶；额定压力；灶具

Determination of Rated Pressure of Domestic DME Cooking Appliance

CHEN Jinrui，WANG Qi，ZHAO Zijun，ZHANG Jinhuan

Abstract：The calculation formula of gas supply pressure in front of the nozzle is obtained based on the basic calculation formula of atmospheric burner.The gas supply pressure range in front of the nozzle of DME cooking appliance is calculated by the recommended design parameter of DME cooking appliance.Through the verification test，it is determined that the rated pressure of domestic DME cooking appliance is 2kPa.

Key words：DME；domestic gas cooking appliance；rated pressure；cooking appliance

1 概述

近年来，关于二甲醚的研究不仅局限于制备工艺、储存运输等环节，将其作为民用燃料的研究也进行得如火如荼，这就对研发各种民用二甲醚应用设备提出了要求，特别是居民生活必不可少的家用灶具。在设计新型气源的灶具时，常面临设计参数更新不足和试验资料短缺等问题。本文依据燃气燃烧与应用理论，结合试验研究，推荐家用二甲醚灶具的额定供气压力，为二甲醚灶具产品的研发提供有价值的参考依据。

2 燃烧器喷嘴前供气压力的计算公式

进行燃烧器设计时，各项设计参数可以查阅设计手册，但对于二甲醚等新型燃气，设计参数更新不足。特别是喷嘴前供气压力，其关系到灶具的热流量以及燃烧器的稳定性等问题，需要加以确定。

低压引射器的基本计算公式^[1]是通过分析引射器的工作原理，利用动量定理、连续性方程和能量守恒定律推导而来的，见式(1)。

式中p_j——头部必须具有的静压力，Pa，计算见式(2)

p——喷嘴前燃气压力，Pa

μ——喷嘴流量系数，取0.85～0.90

A——无因次面积，计算见式(3)

K——能量损失系数，与引射器的形状、尺寸、阻力特性有关，通常取2.1

u——质量引射系数，计算见式(4)

d——燃气的相对密度

式中v_p——火孔出口流速，m/s

式中A_t——引射器喉部截面积，mm²

A_j——喷嘴出口截面积，mm²

式中α——一次空气系数

V₀——理论空气需要量，m³/m³

对于低压常温燃气，当引射空气亦为常温，已知喷嘴直径时，引射器喉管直径的计算见式(5)^[2]。

式中D_t——引射器喉管直径，mm

D_j——喷嘴直径，mm

K₁——综合阻力系数，取1.2

将式(2)～(5)代入式(1)，整理得到喷嘴前供气压力的计算公式，见式(6)。

由式(6)可见，喷嘴前供气压力与燃气性质(V₀，d)和引射器设计参数(v_p，α，μ，K，K₁)等有关。特别是当已知能使燃气在火孔处稳定燃烧的v_p和α时，就可通过式(6)得到喷嘴前供气压力的近似值。

3 二甲醚灶具基本设计参数推荐值

二甲醚灶具无统一的设计参数，给燃烧器的设计带来不便。通过比较二甲醚与天然气、液化石油气等气源的气质差异，初步确定二甲醚灶具设计时的一次空气系数应比天然气和液化石油气略大。同时，利用民用灶具结构设计基本公式，结合12T、20Y等主要城镇燃气灶具对二甲醚热工适应性研究中的试验结果，通过其他燃气灶具的一次空气系数校核出二甲醚灶具的一次空气系数。通过大量试验，得出二甲醚灶具设计时的一次空气系数为0.65～0.70。利用主要城镇燃气灶具对二甲醚热工适应性研究中的试验结果，计算出二甲醚灶具的火孔出口流速为1.1～1.7m/s，火孔热强度为6.0～9.0W/m²。

通过比较二甲醚与天然气、液化石油气等燃气的气质差异，计算燃烧器头部静压力以及研究燃烧特性曲线等方法进行验证分析，最终证明试验得出的数据是合理的。二甲醚灶具设计参数推荐值见表1。

表1 二甲醚灶具设计参数推荐值

项目		数据
火孔尺寸	圆形火孔直径/mm	2.5
	矩形火孔尺寸	2.0mm×3.0mm
	条缝形火孔宽度/mm	0.9
一次空气系数		0.65～0.70
火孔出口流速/(m·s^-1)		1.1～1.7
火孔热强度/(w·mm^-2)		6.0～9.O

表1中的推荐值可能只是二甲醚灶具较佳设计参数中的几种，但由于二甲醚可能会成为城镇燃气的应急气源，结合其他气源灶具得出的设计参数仍具有很大的实用价值。

4 二甲醚灶具喷嘴前供气压力的确定

已知d=1.592，V₀=14.3m³/m³，μ=0.85，根据表1中的数据，利用式(6)，计算得二甲醚灶具喷嘴前供气压力为1.029～2.792kPa。初步认定二甲醚灶具喷嘴前供气压力为1.029～2.792kPa时，可以提供稳定燃烧所需的静压力，火孔出口流速达到1.1～1.7m/s。

同时，利用本生灯测试不同喷嘴前供气压力下二甲醚的稳定燃烧情况，在试验压力为1～3kPa时，二甲醚均能稳定燃烧。在二甲醚燃气灶研究初期，对天然气灶、液化石油气灶等其他气源灶具的二甲醚适应性作了探讨。当试验压力分别为2kPa、2.8kPa时，二甲醚在天然气灶具上燃烧稳定，未出现回火、脱火、黄焰等现象。当试验压力为2.8kPa时，二甲醚在改造过的液化石油气灶具上燃烧效果良好。

可见，从燃烧理论方面确定二甲醚燃气灶的额定压力，选择20Y液化石油气灶具的额定压力2.8kPa或12T天然气灶具的额定压力2kPa均可。

从燃气输配方面来看，需要保障供气的安全性，供气压力越高，安全隐患越大，故选择2kPa作为二甲醚灶具的额定压力比较合理，也有利于节约能源，更加环保。

目前，已有家用二甲醚减压阀产品，与二甲醚气瓶配套使用，输出压力稳定，低压性能良好，其技术数据见表2。

表2 家用二甲醚减压阀技术数据

参数	数据
进口压力/MPa	0.03～O.80
出口压力/kPa	2.O±O.4
额定流量/(m³·h^-1)	0.6
关闭压力/kPa	＜2.8

参考文献：

[1] 同济大学，重庆建筑大学，哈尔滨建筑大学，等.燃气燃烧与应用[M].3版.北京：中国建筑工业出版社， 2000：146-153.

[2] 《煤气设计手册》编写组.煤气设计手册(下)[M].北京：中国建筑工业出版社，1987：273-279.

(本文作者：陈津蕊^1、2 王启^1、2 赵自军^1、2 张金环^1、2 1.中国市政工程华北设计研究总院燃气技术研究院天津 300074；2.国家燃气用具质量监督检验中心天津 300384)