二甲醚燃烧器的理论计算

李晓光，肖 松

(1.辽宁城市建设设计有限公司，抚顺 113308;2.临沂大学 机械与车辆工程学院，临沂 276000)

0 引 言

我国油气资源短缺，导致了煤炭在能源中所占的比重很大，因而环境污染十分严重。二甲醚作为清洁能源既可以解决能源短缺的问题，又能减少排放达到环境保护的目的[1-3]。因此，日益受到人们的关注。国内许多学者对二甲醚的性质、应用前景以及热物性等进行了研究[4-8]。

二甲醚作为替代液化石油气等燃气燃料作为燃料，必须解决燃具适应性的问题。因为，不同燃气的组分、热值、密度及燃烧特性等差别很大。当燃气发生变化时，燃烧器的工况会发生变化。因此，文中以二甲醚为燃料，理论计算热负荷为Q=3.5 kW的燃烧器。

1 燃烧器头部的理论计算[9]

燃烧器的头部设计应该满足稳定燃烧的原则。设计合理的头部必须保证火焰不离焰、不回火、不出现黄焰，并且使火焰特性满足加热工艺的需要。

(1)计算火孔总面积(Fp)

选取火孔直径dp=3.0 mm，一次空气系数α′=0.6，相应的火孔强度qp=7.25×10-3kW/mm2，因此：

(1)

(2)计算火孔数目(n)

(2)

(3)计算火孔深度(h)

h=2.5dp=2.5×3=7.5 mm

(3)

2 引射器的理论计算[9]

引射器的理论计算主要是以动量定理、连续性方程及能量守恒定律为基础。其计算主要是混合管的计算。

(1)计算引射系数

(4)

其中，V0为理论空气量；m3/m3；s为相对密度。

(2)计算喷嘴直径(d)

(5)

(3)计算最佳燃烧器参数(Flop)

对于民用燃烧器，燃烧器头部的能量损失系数K1通常取2.7-2.9，因此文中取K1=2.8。由于引射器的形式选取的是1型引射器[9]，因此其能量损失系数K=1.5。因此，最佳燃烧器参数(Flop)以及燃烧器的判别式A与X的计算如下[9]：

(6)

(7)

表明燃气压力有剩余，故以非最佳工况作为设计工况。

(8)

(4)计算引射器喉部面积(Ft)及直径(dt)

F1=XFlop=0.05×0.73=0.037

(9)

Ft=F1Fp=0.037×482.8=17.9 mm2(10)

取喉部直径dt=5 mm。因此，引射器的尺寸图如图1所示。

图1 引射器的尺寸图

3 结束语

文中对二甲醚民用燃烧器进行了理论计算，获得了二甲醚燃烧器火孔数目及引射器的结构尺寸。与燃烧某城市燃气(燃气热值为Hl=13 423 kJ/Nm3)的同样热负荷的燃烧器相比，由于额定火孔热强度不同，二甲醚燃烧器的火孔数目增加了19孔；同时由于二甲醚低位热值大于某城市燃气热值，因此，二甲醚燃烧器的引射器的喉部直径仅为某城市燃气的引射器的1/2。通过对比可知，如果城市采用二甲醚作为民用燃气，必须更换原有燃烧器，才能保证燃烧所需的热负荷。