强制平衡式热水器热工性能测试及排烟扩散数值模拟

发布时间：2020-04-17 17:34

【摘要】：目前国内燃气热水器造成使用人员CO中毒的案例屡见报端,虽然强排式热水器使用风机可将烟气直接排出室外,减少CO中毒风险,但所取空气来自室内,对室内空气品质有一定影响。强制平衡式热水器由于给排气管的设置,使得热水器运行与室内空气完全隔绝,确保了室内空气的新鲜清洁,并且从功能上完全解决了CO中毒的问题,是更为安全的一款热水器。因此对强制平衡式热水器进行研究具有一定意义。本文针对市售JSG20-10JP1型强制平衡式热水器的内部燃烧结构、给排气管结构、传热过程及烟气、空气流动形态进行理论分析;建立实验平台对样机进行热工性能测试,重点分析了强制平衡式热水器热效率、热负荷、过剩空气系数、烟气温度、空气温度之间的相互关系;利用CFD对给排气管进行数值模拟,研究其在不同伸出长度、不同外界风速、不同风向下的扩散情况,并验证其模拟可靠性。研究目的在于探究强制平衡式热水器热工性能差异性及给排气管烟气卷吸情况,对热水器提出优化意见,为强制平衡式热水器的生产及安装提供相关参考借鉴。主要结论如下:(1)强制平衡式热水器内部燃烧结构与强排式基本相同,但供风方式有差异。内部燃烧结构及给排气管传热以对流传热为主,烟气排出形态为有中心轴线弯曲的射流形态,空气吸入则很快发展成湍流。(2)强制平衡式热水器整体热效率较高,已达到二级能效标准,但风机调节范围小,控制系统反应不够迅速。综合热工性能测试得出样机热效率较优工况点为:水流量为10kg/min,热负荷为15kW,排烟温度为95℃。(3)强制平衡式热水器热效率不完全随烟气温度升高而降低,部分点出现反升,且整机排烟温度较低,给排气管中空气温度随烟气温度的升高而升高,但烟气对空气的传热效果不佳。(4)模拟结果显示空气吸入口处CO浓度随给排气管伸出长度值增加而先降低再升高,在伸出墙壁30cm时浓度最低,墙壁处CO浓度随伸出长度值增加而降低;无风速影响下,空气吸入口处也存在少量CO分布,该处CO浓度随正面风速增大而增大,5m/s~10m/s时增速最快,空气吸入口上侧较下侧先出现CO分布;空气吸入口处CO浓度随非正面风速增大而减小,且风速较低时墙壁处会分布大范围CO;空气吸入口处CO浓度随外界风向与烟管夹角增大而减小,外界风向与烟管夹角在30°时,墙壁和空气吸入口处均有较高浓度CO分布。综合以上可得出给排烟管的最佳安装位置为伸出墙壁30cm,且给排气管在排烟过程中易受外界风干扰造成空气吸入口处卷吸CO影响燃烧。
【图文】：

图 1.1 烟道式Fig 1.1 Flue water heater出现在我国热水器发展的初期，其在最先出，主要在热水器上部增加了防倒风排烟罩和排烟管排向室外，同时防倒风设备可保证热道式热水器运行时，冷水通过进水口进入热置后，在热交换器内吸收燃气释放热量后加入口进入热水器，经过滤稳压处理和联动装在火孔处被点燃生成稳定火焰释放热量，燃热水后，在空气压差作用下经过排烟罩排出室在燃烧时需要大量的辅助空气，10L 热水器燃出废气 30~37m3[12]。居民使用过程中由于未安导致爆燃、熄火或燃烧烟气进入室内造成室使用具有一定限制。

图 1.2 鼓风型强排式热水器 图 1.3 引风型强排式热水器Fig1.2 Blow-type water heater Fig1.3 Leading-type water heater烟道式热水器可利用空气压差使燃烧烟气排至室外空间，但安装时对建筑有一定的要求，在此基础上，强制式热水器使用内部风机将烟气强制排出室外证室内环境的清洁，在安装上更加方便，因而具有更好的安全性和适用性。强排式热水器可分为强制鼓风和强制排风两种类型。强制鼓风型热水器风装在热水器下部。热水器工作时，冷水经过进水口、过滤器、水流开关等装进入水箱换热，最后成为热水经出水口流出；燃烧所需空气在鼓风机作用下内强制吸入热水器，增压后在密闭燃烧室内与燃气混合以保证燃气完全燃烧，燃烧产生的高温烟气流经换热器与冷水换热后经排烟口被强制排出室外。式通过对燃气燃烧和传热进行强化，使燃气燃烧热量可充分传递给冷水，从小了燃烧室厚度，，使热水器更为精巧美观，并且采用电气控制取代了机械控制水气比例更为合理，简化了热水器结构。引风型热水器风机安装在热水器上部。其与烟道式热水器的区别为，烟道
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU822.2

【参考文献】

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5 张世红;刘征;王智华;;天然气催化燃烧与气相燃烧烟气分布的研究[J];北京建筑工程学院学报;2011年01期

6 熊超;秦朝葵;戴万能;陈志光;;冷凝式燃气热水器技术及应用[J];天然气工业;2010年02期

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8 张健;;燃气热水器燃烧产物中CO和NO_x的产生与控制[J];环境与健康杂志;2009年02期

9 杨韬;;家用快速燃气热水器的分类和发展前景[J];科技创新导报;2009年02期

10 马鸿飞;;国外燃气热水器氮氧化物排放标准的发展[J];现代家电;2007年17期

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5 闫栋;强排式燃气热水器的燃烧和传热过程的数值模拟与分析[D];重庆大学;2010年

6 付重重;冷凝式燃气具换热过程模拟与分析[D];华中科技大学;2009年

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8 王丽;冷凝式燃气热水器换热器的研究[D];同济大学;2006年

9 刘其鑫;强制平衡式燃气热水器燃烧、热工特性研究[D];重庆大学;2003年

本文编号：2631118