2.1. Основные положения

В бытовых газовых приборах обычно применяются инжекционные мно­гофакельные горелки низкого давления. Для обеспечения устойчивого горения горелки рассчитывают частичную инжекцию воздуха 60- 70 % от теоретиче­ски необходимого для полного сгорания газа.

Инжекционная горелка состоит из сопла, насадка с горелочными отвер­стиями, регулятора первичного воздуха, смесителя. Воздух, инжектируемый в смесителе, называется первичным, а остальная часть – воздух вторичный, не­обходимый для полного сгорания газа, поступающий к факелам из окружающей атмосферы.

Сопло служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую. Поток газа, вытекающий из сопла с большой скоростью, в ин­жекторе (коллектора) создает разрежение, и в горелку подсасывается первичный воздух.

Насадок служит для распределения газовоздушной смеси по горелочным отверстиям. Форма насадка и расположение отверстий определяется формой обогреваемой поверхности.

Смеситель предназначен для смешивания газа с воздухом и выравнива­ния скорости по сечению горелки.

Нормально работающая горелка должна иметь прозрачный, спокойно го­рящий факел, в котором четко вырисованы два конуса: внешний - голубоватый и внутренний - зеленоватый. Если пламя горит с шумом и в отдельных струях виден отрыв факела от горелки, то это говорит об избытке первичного воздуха. Если пламя горит желтоватым факелом, это говорит о недостатке первичного воздуха.

2.2. Теплопроизводительность и кпд газовой горелки

Важнейшей характеристикой газовой горелки является её теплопроизводительность, равная произведению низшей теплоты сгорания газа на часовой расход, приведённый к нормальным условиям.

10

Q^ч_гор= Q^н_р V^ч_н , Дж/ч, (2.1)

где Q^н_р - низшая теплота сгорания газа, Дж/нм³ , определяется при заданном со­ставе в процентах по формуле:

Q^н_р=4187(85,5СН₄+152С₂Н₆+213СзН₈+283С₄Н₁₀+349С₅Н₁₂+141С₂Н₄₊

+205С₃Н₆++271С₄Н₈+25,8N₂+ 30,2CO+58H2S), Дж/нм³ , (2.2)

V^ч_н - часовой расход газа, сжигаемый горелкой, нм³/ч, определяется по ме­тодике, изложенной в лабораторной работе №1.

Коэффициентом полезного действия горелки называется отношение по­лезного воспринятого тепла к затраченному. Полезно использованное тепло расходуется на нагрев воды (Qвод), сосуда(Qсос) и отдачу тепла в окружающую среду (Qo.c.)

Qпол=Qвод + Qс + Qо.с. (2.3)

Тепло на нагрев воды:

Qвод =Gвод С(t_к-t_н), Дж, (2.4)

где Gвод - вес воды, нагреваемой в сосуде, кг:

Gвод=4;

С - теплоемкость воды, равная 4187 Дж/кг·К; t_к,t_н - температура воды после нагревания и до.

Тепло на нагрев сосуда:

Qс=(GcCc+GмCм)( t_к-t_н), Дж , (2.5)

где Gм, Gм - вес сосуда с крышкой и мешалки, кг.

Cc - теплоемкость сосуда, Дж/кг· К, для сосуда и крышки, изготовленных из алюминия, Cc =984 Дж/кг К;

Cм - теплоемкость мешалки, Дж/кг К, для мешалки, изготовленной из железа, те­плоемкость равна Cм =462 Дж/кг К;

t_к-t_н - начальная и конечная температуры сосуда, принимаемые равными на­чальной и конечной температуре воды. Тепло, отдаваемое поверхностью сосуда в окружающую среду:

Qо.с=Qо.к.+ Qо.с., Дж, (2.6)

11

где Qо.к - тепло, отдаваемое конвекцией, не учитывается при расчете, т.к. сосуд, стоящий на конфорках, со всех сторон омывается горячими газами;

Qо.с - тепло, отдаваемое сосудом в окружающую среду лучистым теплообме­ном:

Qо.с = СоεF((T1/100)⁴ +(Т2/100)⁴ )τ/60, Дж, (2.7)

где Со= 5,67 Вт/м²К - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;

ε - степень черноты полного нормального излучения для алюминия: с шеро­ховатой поверхностью ε =0,055, с полированной поверхностью ε=0,09;

F - поверхность сосуда, м², определяется исходя из его размеров. Размер со­суда по ГОСТ 10798-70 должен быть следующим:

диаметр Д = 0,22м,

высота Н = 0,15м;

T1- температура поверхности сосуда, К:

T1=( t_{н +} t_к)/2 + 273, К;

Т2 - температура окружающего воздуха, К; τ - продолжительность опыта, мин.

Затраченное количество тепла равно произведению низшей теплоты сгора­ния газа на его расход:

Qзатр=Qн× Vh, Дж, (2.8)

где Vh - объем газа, израсходованного в опыте, приведенный к нормальным ус­ловиям:

, (2.9)

где V -объем газа, израсходованный в опыте,

Рб - барометрическое давление, Па;

Ргаз -давление газа, Па.