燃油暖风机热力计算与热力性能影响因素分析

摘要

介绍了所研制开发的燃油暖风机样机的结构及工作原理，建立了本样机热力系统的传热网络图，叙述了热力系统传热计算方法，利用自行编制的传热计算软件的计算结果，对影响燃油暖风机热力性能的各因素进行了较详细的机理分析，获得了各因素对本机组热力性能的影响规律，为本机组今后的结构优化、环境适应性能提高及经济合理运行提供设计、运行参考。

关键词

燃油暖风机 换热网络 热力性能 影响因素 机理分析

本文所讨论的燃油暖风机样机，是一种自行研制开发的用于部队野营帐篷冬季供暖的取暖装置。由于部队使用的一些特点，要求该装置有较好的机动性、野外环境的适应性等，因而有必要了解样机的热力性能状况，尤其应掌握各因素对机组性能的影响规律，为改进样机，减小体积及重量，提高环境的适应能力及经济合理运行等，提供设计及运行参考。

一、燃油暖风机结构

该燃油暖风机样机本体结构见图1所示。它主要由四部分组成：供油燃烧系统；送风换热系统；控制系统；壳体及附件。供油燃烧系统用于供油、燃烧及产生热量；送风换热系统用于将冷空气变热，并将热风送入帐篷；控制系统用于控制、保护机器的正常运行；壳体及附件用于保温、防护及支撑等。

图1 燃油暖风机结构示意图

二、燃油暖风机热力系统计算

1、暖风机换热系统的结果如图2所示。对于受热的空气侧，送风机出口的冷空气分三路并联进入三个换热通道（环形通道、换热管、外壳空间）被加热，加热后各通道出口的热空气先混合再由本体左上侧出风口进入送风管；对于放热的烟气侧，炉膛中的高温烟气放热后，再由本体左下侧的两根排烟短管进入换热管外的换热管空间进行散热，最后流经烟囱排入大气。

图2 暖风机换热系统的结构示意图

2、系统传热网络图

空气侧与烟气侧的传热原理，可以用如图3所示的系统传热网络图加以说明。

图3　系统传热网络图

图中各符号中，T表示绝对温度，Q表示换热量，其各下脚标意义如下分析所指。

由系统换热网络图可见，炉膛内火焰（Thy）通过辐射换热（Qfl）和对流换热（Qdl）将热量传给炉膛壁面（Twl），然后膛壁面（即环形通道的内环表面）通过辐射换热（Qf2）把热量传给环形通道的外环表面（T w2），同时又通过对流换热（Q di）将热量传给环形通道的空气（T kp1）：而炉膛出口的烟气放热分为三部分（Q 1、Q 2、Q 3），一部分Q1是烟气（Ty）对环形通道外环表面（T w2）的总换热量，另外部分Q 2、Q 3是烟气（Ty）对换热管和外壳内空气（T kp2、T kp3）的传热量；对于环形通道外环表面（T w2）而言，所接受的环形通道内环表面（T w1）辐射换热量（Q f2）和烟气（Ty）对环形通道外环表面（T w2）的总换热量（Q 1），恰好等于环形通道外环表面（T w2）对环形通道内空气（T kp1）的对流换热量（Q d0）。

3、热力系统传热计算方法

热力系统传热计算是基于系统换热网络图之上，利用传热学的基本公式和热平衡原理，用FORTRAN语言自行编制传热计算程序，并对一些复杂构件（如弯曲烟通道中排列的多根换热管等）的换热准则方程加上了修正系数，而修正系数由实验值加以确定。热力系统传热计算的实施是利用计算程序对网络图上七个节点（即Thy、Ty、Tkp1、Tkp2、Tkp3、Tw1、Tw2）进行多次迭代求解，而每个节点处，既要达到传热的能量平衡，又要使传热量和流体的吸、放热量（即热平衡热量）相等。

三、机组热力性能影响因素分析

暖风机热力性能影响因素的分析，对暖风机本体结构的优化设计和运行参数合理确定有着重要的意义。当结构确定后，影响暖风机性能的主要因素有环境压力（P）和温度（tlk）、过剩空气系数（a）、送风量（Vk）和燃油量（B），下文将结合传热计算软件的计算结果，对能以上各影响因素进行较详细的机理分析。分析中，当考虑某个因素影响时，其他因素取相同值，为简便起见，暖风机的供热系统采用直流式。

1．冷空气温度tlk对机组性能的影响

计算条件：P=0.101325MPa；Vk =2600m3/h，B=4.4kg/h，a=1.3。计算结果见表1。

冷空气温度tlk对机组性能的影响

表1

冷空气温度

tlk /℃ 5、大气压力P对机组性能的影响

计算条件：空气质量流量Vk =3362kg/h，B=4.4kg/h，a=1.5，tlk=0℃。计算结果见表5。

大气压力P对机组性能的影响

表5 大气压力

P/MPa