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1、第22卷第2期郑州工程学院学报Vol.22,No.22001年6月JournalofZhengzhouInstituteofTechnologyJun.2001文章编号:1671-1629(2001)02-0047-03Helmholtz型脉动燃烧器的研制12李保国,洪新华(11上海理工大学动力工程学院,上海200093;21河南职技师院基础部,河南新乡453003)摘要:对膜片阀式Helmholtz型脉动燃烧器进行了研究,设计功率为25kW,以液化石油气为燃料,工作频率从60～110Hz可调,还分析了脉动燃烧器各主要部件的结构,确定了设计原则.关键词:Helmholt
2、z型;脉动燃烧器;设计中图分类号:TK223123文献标识码:A脉动燃烧是一种周期性振荡燃烧过程,与传频率,脉动燃烧器的热负荷通过改变燃气流量调统稳定燃烧相比具有燃烧强度高、传热系数大、节.CO、NOX排放量小、自吸和增压、结构紧凑等优点.脉动燃烧技术的早期应用是在喷气推进系统和燃气涡轮领域,20世纪60年代人们开始将脉动燃烧技术应用在加热、采暖等方面.80年代欧、美、日等相继开发出商业及家用脉动燃烧蒸汽锅[1]炉、暖风机、食品烤箱等.近年来,国外公司将其应用于干燥领域包括粮食的干燥,利用脉动燃烧器产生的高温高频振荡尾气流进行物料干燥,可大大强化热、质传递过程,提高干燥
3、速率2～3倍,因而受到干燥界学者的关注.但由于脉动燃烧过程机理复杂,并且缺乏必要的设计数据,使该项技术的研究应用受到限制.本文对Helmholtz脉动燃烧器的结构、设计方法和原则进行了分析探讨.11尾管;2、31出、进水管;41尾管基段;51燃烧室;61空气阀;71风机;81火花塞;91燃气阀;101燃气去耦室;111电磁阀;121控制1脉动燃烧器总体设计器;131压力计;141流量计;151液化气瓶图1脉动燃烧装置总体结构示意图脉动燃烧器有3种基本类型:Smidt型(又称[2]1/4波长型)、Helmholtz型和Rijke管.本文所研脉动燃烧器工作原理:通过控制器1
4、2启动风制的脉动燃烧器为Helmholtz型,是基于声学上机、打开燃气通道中的电磁阀11,空气和燃气通Helmholtz谐振原理设计的,如图1所示.主要由尾过各自的膜片式单向阀进入燃烧室5混合,与此管、燃烧室、空气阀、燃气供给系统、点火装置及控同时打开点火装置,进入燃烧室的可燃混合气被制系统等组成.该燃烧器以液化石油气为燃料,设火花塞8点燃,燃烧伴随着放热过程使燃烧室内计功率为25kW.排气段尾管设计为分段组合可调温度、压力升高,燃烧产生的压力使空气、燃气阀式,通过对尾管长度的调整,可改变脉动燃器工作关闭,燃烧产物以高速沿尾管排出.由于气流的惯性作用,使燃烧室内产生负压
5、,空气、燃气阀又被打开吸入新的空气和燃气.同时尾管中的高温气收稿日期:2000-10-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(59776037)体也部分返回燃烧室,与燃烧室内余热一起重新作者简介:李保国(1961-),男,副教授,主要从事物料干燥的研点燃混合气,燃烧过程自动重复,不再需要外加点究.火和风机,这时可关闭风机和点火装置.在尾管后48郑州工程学院学报第22卷部连接干燥装置,可进行干燥作业.计.为能有效阻隔噪声,应使其声压的透射系数最小.声压透射系数为:2主要工作部件设计分析2(3)Tp=2224coskL+(S21+S12)sinkL211燃烧室、尾管设计式中
6、:S21、S12是进出口面积与去耦室横截面积的脉动燃烧器燃烧室的容积是其主要参数之比值.所以要想让Tp最小,则应使kL=(2n-1)一,可根据脉动燃烧所能达到的容积热强度,再考π/2,即L=(2n-1)λ/4(n=1,2,3⋯⋯),得到最虑燃烧稳定性范围的影响确定燃烧室的容积.参小透射系数为:考美国AGAL资料GRI286/0280设计热负荷为24(Tp)min=2(4)25kW时,推荐选择燃烧室容积为1977cm3.作者设(S21+S12)由上分析可知去耦室长度为奇数倍气体声速计燃烧室直径为100mm,长度为250mm,其容积为3的四分之一波长时,其声波的透射本领最差
7、即降196215cm.在靠近燃烧室的右端输入空气和燃噪声效果最好,故根据此条件确定去耦室长度.依气,空气、燃气进口之间夹角为90°,与火花塞夹角据有关资料按去耦室直径5倍于供气管路直径确成130°,有利于空气、燃气在燃烧室充分混合和点定去耦室直径,本实验台燃气去耦室设计为Φ90火.×L170mm.燃气与空气阀均设计为膜片式单向燃烧后的高温尾气经尾管排出,尾管是脉动阀,其结构特点一并在空气阀中讨论.燃烧器的主要换热面.由于脉动燃烧是声波与燃213空气系统设计分析烧偶合振荡燃烧,为使燃烧能产生声波共振,利用脉动燃烧器空气系统主要有:风机、空气
