燃?xì)獠膳療崴疇t的排煙罩結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到燃?xì)獠膳療崴疇t的換熱效率及其煙氣排放狀況，故研究燃?xì)獠膳療崴疇t排煙罩內(nèi)的煙氣流動可以直接有效的幫助我們進(jìn)行排煙罩結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文是基于三種不同的燃?xì)獠膳療崴疇t排煙罩模型，利用CFD軟件對其內(nèi)部的煙氣流動進(jìn)行了數(shù)值模擬，對排煙罩內(nèi)部的煙氣流動特性進(jìn)行了計算分析。并與實際測試結(jié)果進(jìn)行對比驗證。

關(guān)鍵字：燃?xì)獠膳療崴疇t排煙罩結(jié)構(gòu)煙氣流動數(shù)值模擬

0引言燃?xì)獠膳療崴疇t的在國內(nèi)供暖方式占有相當(dāng)大數(shù)量，平衡式燃?xì)獠膳療崴疇t一直是各個廠家的主打產(chǎn)品。在市場上，平衡式燃?xì)獠膳療崴疇t也是百花齊放、種類繁多，有強(qiáng)制排氣，強(qiáng)制給氣，風(fēng)機(jī)擺放位置，也不盡相同。然而燃?xì)獠膳療崴疇t作為一個耗能產(chǎn)品，除了安全、舒適等要求外，高能效，煙氣排放等是衡量燃?xì)獠膳療崴疇t的重要標(biāo)準(zhǔn)。排煙罩作為燃?xì)獠膳療崴疇t換熱系統(tǒng)的一個重要組成部分，其煙氣導(dǎo)流板的形狀、結(jié)構(gòu)直接決定了燃燒室內(nèi)部氣流的走向，從而影響了主換的換熱效率。

平衡強(qiáng)排式燃?xì)獠膳療崴疇t的排煙系統(tǒng)中，如圖1所示，風(fēng)機(jī)抽風(fēng)入口處在主換熱器上方，且位置比較近，如果在風(fēng)機(jī)直對著主換熱器中間不采用煙氣導(dǎo)流板的情況下，將導(dǎo)致幾個方面問題：

1、沒有最大限度的利用主換熱器翅片的換熱效率，導(dǎo)致煙氣溫度高、熱能損失，能源的浪費(fèi)

2、影響燃燒器的空氣流向，以及燃?xì)馀c空氣的混合燃燒，導(dǎo)致煙氣排放高的問題。因此一個好的煙罩結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好的排煙、煙氣導(dǎo)流功能，而非簡單的排煙。

以下本文以平衡強(qiáng)排式燃?xì)獠膳療崴疇t的設(shè)計作為例子，論述利用仿真學(xué)軟件CFD軟件，進(jìn)行分析研究，力求找出最優(yōu)的排煙罩結(jié)構(gòu)?？梢源蟠蟮臏p少研發(fā)的成本投入，以及提高研發(fā)工程師的研發(fā)效率。

1數(shù)學(xué)模型由于排煙罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)較大，徑寬比較小，初步計算其雷諾數(shù)Re1000，故排煙罩內(nèi)部的氣流流動屬于層流流動。計算中的主要方程為：1.1連續(xù)方程div(U)=0式中U是速度矢量，其在x、y、z方向上的分量分別為u、v、w，即U=(u,v,w)。1.2動量方程式中Su，Sv，Sw為動量方程的廣義源項，其表達(dá)式如下：

2邊界條件分析本文的研究對象是排煙罩內(nèi)部的氣流流動情況，故煙氣在排煙罩內(nèi)的流動可以看做是內(nèi)流。壁面邊界條件：固體壁面均采用無滑移邊界條件。入口邊界條件：由于研究對象為平衡式燃?xì)獠膳療崴疇t，燃?xì)獠膳療崴疇t內(nèi)部壓差近似于大氣壓壓差，故入口邊界條件取壓力進(jìn)口：P=101700Pa出口邊界條件：排煙罩出風(fēng)口處為風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，使用35W風(fēng)機(jī)，已知風(fēng)機(jī)風(fēng)速及流量，由于風(fēng)機(jī)風(fēng)速在排煙罩出風(fēng)口處分布不均，故取出口邊界條件為流量出口：V=0.045332m/s。

3計算工況實際工況中，排煙罩中流體為煙氣，煙氣溫度在393K左右。在計算過程中，由于無法測量煙氣的各項物理參數(shù)，故取空氣進(jìn)行計算，空氣在393K時的物理參數(shù)如下：密度：=0.0664動力粘性系數(shù)：=0.0117

4計算模型本文是針對排煙罩的結(jié)果進(jìn)行著重分析。如下圖所示，簡化了整個排煙罩模型，通過分析主換熱器的上平面(基準(zhǔn)面1)的氣流分布情況以及實際測試結(jié)果來判斷排煙罩的結(jié)構(gòu)是否合理，計算區(qū)域為整個排煙罩內(nèi)部。由于排煙罩的外形尺寸為固定尺寸，不易更改，故本文對排煙罩內(nèi)部的阻流板形狀進(jìn)行了更改，分析對比了三種不同的阻流板情況下的煙氣流動狀況。

5計算結(jié)果在計算過程中，給定入口和出口條件，將各個面設(shè)置為固壁面，并在進(jìn)出口位置添加端蓋，采用CFD軟件對排煙罩內(nèi)的流體流動進(jìn)行了數(shù)值計算。下圖為三個模型在主換平面上的氣流流速分布圖。從上圖模擬結(jié)果可知：模型一：Vmax=1.818m/s，Vmin=0.134m/s，速度1.5m/s及速度0.25m/s的區(qū)域較小，大部分區(qū)域速度集中在0.25～0.75m/s的區(qū)間內(nèi)，且速度分布比較均勻。整體從右至左，速度是呈先遞增再遞減的趨勢。模型二：Vmax=1.838m/s，Vmin=0.117m/s，同模型一的速度分布類似，但是Vmax與Vmin的差值較大，且速度1m/s的區(qū)域所占比列比模型一的大。模型三：Vmax=1.784m/s，Vmin=0.105m/s，速度1.5m/s及速度0.25m/s的區(qū)域面積在三個模型中最大，高速區(qū)域同低速區(qū)域都位于中間位置，嚴(yán)重影響了速度的分布的均勻性。

6實際測試結(jié)果在實際測試時，我們選用了一臺24kW板換機(jī)型，使用1m同軸煙囪，在相同的室內(nèi)環(huán)境、滿負(fù)荷工況(回水溫度設(shè)定60℃，出水溫度設(shè)定80℃)下，分別使用上述三種排煙罩模型進(jìn)了測試。

7理論分析我們可以通過熱量計算公式，計算出上述實驗中通過熱交換器的水達(dá)到設(shè)定溫度所需的熱量，來計算出理論狀態(tài)下所需煙氣的體積。Q=C1M1△T1=C111△T1=C222△T2C1：水的比熱容，4.2kJ/kg℃1：水的密度，1kg/LV1：水的容量，實際測試中水流量是960L/h=0.267L/s△T1：水的溫差，20℃：煙氣熱量轉(zhuǎn)換為水熱量的效率，在燃?xì)獠膳療崴疇t內(nèi)部換熱的主要方式是對流換熱和輻射換熱，對流換熱所占的比例為80%，熱交換器的換熱效率為80～90%，故取(80～90)/80%C2：1000℃時煙氣的比熱容，取1.185kJ/kg℃2：1000℃時煙氣的密度，取1.24kg/m3△T2：煙氣的溫差，800℃可求得完成換熱所需煙氣的體積為V2=0.017～0.019m3/s，要保證每秒鐘有0.017～0.019m3的煙氣流經(jīng)主換，并且進(jìn)行換熱。那么對于上述我們測試使用的機(jī)型，煙氣通過主換平面的速度需要達(dá)到0.313m/s，所以在排煙罩結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們需要盡量保證流經(jīng)主換平面的煙氣流速不小于此速度。但是當(dāng)煙氣流速過快時，又會使燃燒腔內(nèi)空氣的流速加快，從而影響到燃燒的工況，反而會影響到燃燒效率和煙氣狀況。故我們還需要配合燃?xì)獠膳療崴疇t的燃燒工況來確定一個煙氣流速的上限值，這是我們下一步所要進(jìn)行的工作。

8結(jié)論綜合以上對比計算結(jié)果、模擬結(jié)果和實驗結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論：

1、當(dāng)排煙罩內(nèi)部流經(jīng)主換平面的煙氣速度大部分或者全部不小于計算數(shù)值時，換熱效率高。

2、當(dāng)排煙罩內(nèi)部流經(jīng)主換平面的煙氣速度分布比較均勻時，換熱效率高。

3、當(dāng)排煙罩內(nèi)部的煙氣流速大于一定的數(shù)值時，會影響到燃燒器的燃燒工況，反而會降低燃燒效率，并且造成較惡劣的煙氣排放。