多孔陶瓷辐射燃烧器传热特性研究

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多孔陶瓷辐射燃烧器中的燃气燃烧具有热效率高、污染物排放低的优点,符合当下民用燃气燃烧器节能高效的发展趋势。多孔陶瓷辐射燃烧器与被加热对象的传热方式是以辐射传热为主,对流换热为辅的。掌握多孔陶瓷辐射燃烧器与被加热对象的辐射传热和对流换热规律,对于多孔陶瓷辐射燃烧器的开发和改进具有重要意义。本文通过实验测试与理论计算相结合,对多孔陶瓷辐射燃烧器与被加热对象的传热特性进行了研究。基于辐射传热与对流换热理论,建立了多孔陶瓷辐射燃烧器与被加热对象的热效率计算模型。采用等效网络模型、灰气体加权和模型以及层流外掠等温平板传热模型分别对多孔陶瓷板与锅底的固体辐射传热、高温烟气与锅底的气体辐射传热以及烟气与锅体的对流换热过程进行计算。实验研究了多孔陶瓷辐射燃烧器与被加热对象的传热特性,研究内容包括传热过程中的温度分布特性以及燃烧器与锅体的热效率研究。采用表面发射率分别为0.72与0.22的黑铝锅和白铝锅进行对比实验。分析了热负荷与锅体材质对多孔陶瓷板表面温度、烟气层温度分布特性以及热效率的影响。结果表明多孔陶瓷板的表面温度与烟气温度均随着热负荷的增加而增加;在采用白铝锅实验条件下的多孔陶瓷板温度与烟气温度均高于采用黑铝锅时的温度值;在相同燃烧热负荷下,采用黑铝锅的实测热效率比白铝锅高15%~20%左右。基于理论计算模型与实验测试结果,利用Python编写程序进行理论计算。通过计算得到了锅体的辐射得热量以及对流得热量,并将理论计算热效率与实验结果进行对比,验证了理论计算模型的有效性。分析黑铝锅和白铝锅在不同热负荷下的辐射得热与对流得热占比,探究锅体表面发射率对多孔陶瓷辐射燃烧器热效率的影响。结果表明不同热负荷下黑铝锅的辐射得热占比为74.06%~78.20%,白铝锅的辐射得热占比为60.64%~65.41%;随着热负荷的增加,锅体的辐射得热占比下降,对流得热占比上升。
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