一种燃气灶具优化设计评价方法及其测试系统技术方案

一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，包括如下步骤：①典型样本选取；②建立样品三维几何模型；③样品实验测试研究：包括a.建立实验系统进行测试、b.基于实验测试数据作为边界条件，进行本样品的仿真模拟；④依据实测数据，对仿真结果进行判断和修正；⑤将已经验证的燃气流动与燃烧模型应用到所有实验样品，进行验证测试和模拟；⑥运用仿真模拟指导设计。该方法所用的测试实验系统由燃气供应部分、燃气具性能测试部分和带有信号转换模块的控制主机组成。本发明专利技术无需生产加工出燃气灶具实体就可以快速评价燃气灶具的燃烧工况、热工性能及烟气排放指标，以此提高灶具的设计效率和技术水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气灶具领域，更具体而言，涉及一种燃气灶具优化设计评价方法及其测试系统，该方法针对燃气灶具设计水平和效果进行优化评价。
技术介绍
近年来，随着人们对环境保护的日渐重视，天然气作为一种清洁能源逐渐受到大家的青睐。而燃气灶具作为燃气具的主要产品，其燃烧器的设计技术和能效水平研究也日益受到广泛重视。家用燃气灶具一般由进气管、燃烧器、灶面、锅架及框架等部分组成。而燃烧器作为灶具的核心，一般由引射器、喷嘴、调风板、炉头和火盖组成。在灶具的设计中，燃烧器的设计最为重要。虽然目前市面上的灶具有很多种，但对于灶具的燃烧器，尤其是炉头设计，设计时需要调整的参数有很多，而灶具头部的火孔类型、火孔尺寸、火孔排布等因素的不同组合，直接影响着灶具的燃烧工况、能效和烟气排放等指标。在现有技术中，灶具燃烧器的设计主要是靠经验，工程师们往往都是根据实验结果以及工作经验，并没有统一的设计方法、技术标准或充足的理论指导。这种方法因设计者的经验不同而导致燃烧性能有很大的差异，且需要花费大量的时间和资源去开发模具，进行燃烧性能测试实验，来验证各种设计和设想的可行性，这种方法并不利于燃气灶具燃烧器的研究和开发。同时，开发模具需要大量人力物力投入，造成巨大人力资金浪费。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，该方法无需生产加工出燃气灶具实体就可以快速评价燃气灶具的燃烧工况、热工性能及烟气排放指标，以此提高灶具的设计效率和技术水平。本专利技术的另一目的是提供上述燃气灶具的优化设计评价技术方法所用的测试系统。如上构思，本专利技术的技术方案是：一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，其特征在于：包括如下步骤：①典型样本选取：针对现有灶具样品的燃烧器，选取典型燃气灶具若干台进行样品分类，每类各两台为一组，得出典型样品库分类数据；②建立样品三维几何模型：a.选择上述典型灶具样品组中的一台，进行硬件分解并测量灶具各主体部分的外形尺寸，建立其几何模型，划分网格；b.利用仿真模拟软件进行实体模拟，得出灶具的进气系统、燃烧器、灶面、锅架、框架的三维几何模型；③样品实验测试研究：依据建立的测试实验系统进行实体样品的试验与测试，得出上述几何模型的初始边界条件；实验验证目标为：灶具燃烧工况、燃烧器附近温度场、灶具燃烧器附近烟气浓度场、灶具的热负荷与热效率；实验变量设置为燃烧器和锅架两部分，包括如下因素：引射器尺寸及其形状、火盖面积、火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距、锅架高度和锅架位置；样品实验测试研究分两步：a.建立实验系统进行测试：针对选取的典型样品组中的另一台样品进行实验测试，测试项目包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、燃具热负荷和/或热效率、烟气中CO以及NOx浓度场分布；模拟边界条件的输入须与实验测试的边界条件相符合，因此必须测定和计算出燃气流量、燃气压力、燃气温度、一次空气系数、环境温度、室内空气参数(包括温度，湿度，大气压)、锅的大小尺寸、烟气取样器的尺寸位置这一系列边界条件；b.基于实验测试数据作为边界条件，进行本样品的仿真模拟：针对上述典型灶具样品作为基准，基于上述实验测试得到的过程数据和结果，作为本仿真研究的初始条件和边界条件，利用仿真模拟软件进行模拟，得到模拟结果，模拟结果包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、烟气的CO以及NOx浓度场分布、燃气具热负荷和热效率；④依据实测数据，对仿真结果进行判断和修正；⑤将已经验证的燃气流动与燃烧模型应用到所有实验样品，进行验证测试和模拟：将已经验证的燃气流动与燃烧模型，应用到不同火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距以及不同进气、进风、锅架高度、锅架位置条件下得到不同实验变量的模拟结果；对于单个因素，在合理范围内进行至少m组(m≥5)模拟；⑥基于模型和实测结论，构建灶具燃烧器头部结构设计的仿真软件应用程序，形成测试判断技术和设计评价软件；然后，调整燃气灶具燃烧器的三维几何模型的尺寸和其他设计参数，并利用设计评价软件重新获取所述燃烧工况、温度场分布和所述CO以及NOx浓度场分布，得到一个最佳的燃气灶具燃烧器。上述燃气灶具的优化设计评价技术方法所用的测试实验系统，由燃气供应部分、燃气具性能测试部分和带有信号转换模块的控制主机组成；所述燃气供应部分包括燃气供应管路、管道切断阀、燃气调压器、燃气流量计、燃气温度显示计、燃气压力显示计、燃气具燃烧器前压力显示计和燃烧器前阀门，燃气供应管路上依次连接燃气供应管道、管道切断阀、燃气调压器、燃气流量计、燃具燃烧器前压力显示计、燃烧器前阀门，该阀门出口通过连接软管与实验用燃气具连接；其中：燃气流量计、燃气流量计上的燃气温度显示计和燃气压力显示计、燃具燃烧器前压力显示计皆通过数据/信号传输线与控制主机的信号转换模块连接，实现气体流量、压力、温度的电压或电流或数字信号的传输；其中管道切断阀和燃气调压器通过数据/信号传输线与控制主机的信号转换模块连接；所述燃气具性能测试部分包括实验用燃气具、实验专用锅、烟气取样器、烟气分析仪和烟气温度显示计，所述实验用燃气具通过软管与上述燃烧器前阀门连接，所述实验专用锅配有测试温度显示计、搅拌器和烟气取样器，烟气取样器与烟气分析仪连接，烟气温度显示计设置在燃烧区域附近；所述搅拌器、烟气分析仪及烟气温度显示计皆通过数据/信号传输线与控制主机的信号转换模块连接。上述燃气温度显示计采用热电偶或热电阻或温度变送器。上述燃气压力显示计采用压力计或压力表或压力变送器。上述燃具燃烧器前压力显示计采用压力表或压力计或压力变送器。上述燃气供应部分和燃气具性能测试部分之间装有隔热板。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术可以通过编制的仿真软件应用程序对设计灶具样品进行燃烧性能模拟和优化，不需进行实体灶具的开模加工和实际测试，从而节省了实验时间、材料开支和人力投入。2、本专利技术提出了一种全新的燃气灶具设计技术，可以通过建立的评价方法及系统，无需生产制造出燃气灶具实体，就可以快速评价燃气灶具的燃烧工况、热工性能及烟气排放指标，由此提高了燃气灶具的设计效率和技术水平。附图说明图1为本专利技术基于燃气灶具优化设计方法所用实验系统示意图。图2为本专利技术燃气灶具优化设计方法工作原理示意图。其中：1-燃气供应管道；2-管道切断阀；3-燃气调压器；4-燃气温度显示计；5-燃气压力显示计；6-燃气流量计；7-燃具燃烧器前压力显示计；8-燃烧器前阀门；9-软管；10-实验专用锅；11-测试温度显示计；12-搅拌器；13-烟气取样器；14-烟气温度显示计；15-烟气分析仪；16-实验用燃气具；17--数据/信号传输线；18-带有信号转换模块的主机；19-隔热板；20-灶具测试角；21-实验台框架。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。如图2所示：一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，包括如下步骤：1)步骤S101典型样本选取：a.建立实验用锅的三维几何模型，根据灶具测试标准GB16410《家用燃气灶具》确定实验用锅的基本尺寸。如针对某一样品：额定功率为4kW的灶具，锅的直径为300mm，锅壁厚度为0.8mm，高度为190mm，加热水量为5kg。b.建立该灶具燃烧器的三维几何模型，并将主要的设计尺寸参数化，主要设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，其特征在于：包括如下步骤：①典型样本选取：针对现有灶具样品的燃烧器，选取典型燃气灶具若干台进行样品分类，每类各两台为一组，得出典型样品库分类数据；②建立样品三维几何模型：a.选择上述典型灶具样品组中的一台，进行硬件分解并测量灶具各主体部分的外形尺寸，建立其几何模型，划分网格；b.利用仿真模拟软件进行实体模拟，得出灶具的进气系统、燃烧器、灶面、锅架、框架的三维几何模型；③样品实验测试研究：依据建立的测试实验系统进行实体样品的试验与测试，得出上述几何模型的初始边界条件；实验验证目标为：灶具燃烧工况、燃烧器附近温度场、灶具燃烧器附近烟气浓度场、灶具的热负荷与热效率；实验变量设置为燃烧器和锅架两部分，包括如下因素：引射器尺寸及其形状、火盖面积、火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距、锅架高度和锅架位置；样品实验测试研究分两步：a.建立实验系统进行测试：针对选取的典型样品组中的另一台样品进行实验测试，测试项目包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、燃具热负荷和/或热效率、烟气中CO以及NOx浓度场分布；模拟边界条件的输入须与实验测试的边界条件相符合，因此必须测定和计算出燃气流量、燃气压力、燃气温度、一次空气系数、环境温度、室内空气参数(包括温度，湿度，大气压)、锅的大小尺寸、烟气取样器的尺寸位置这一系列边界条件；b.基于实验测试数据作为边界条件，进行本样品的仿真模拟：针对上述典型灶具样品作为基准，基于上述实验测试得到的过程数据和结果，作为本仿真研究的初始条件和边界条件，利用仿真模拟软件进行模拟，得到模拟结果，模拟结果包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、烟气的CO以及NOx浓度场分布、燃气具热负荷和热效率；④依据实测数据，对仿真结果进行判断和修正；⑤将已经验证的燃气流动与燃烧模型应用到所有实验样品，进行验证测试和模拟：将已经验证的燃气流动与燃烧模型，应用到不同火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距以及不同进气、进风、锅架高度、锅架位置条件下得到不同实验变量的模拟结果；对于单个因素，在合理范围内进行至少m组(m≥5)模拟；⑥基于模型和实测结论，构建灶具燃烧器头部结构设计的仿真软件应用程序，形成测试判断技术和设计评价软件；然后，调整燃气灶具燃烧器的三维几何模型的尺寸和其他设计参数，并利用设计评价软件重新获取所述燃烧工况、温度场分布和所述CO以及NOx浓度场分布，得到一个最佳的燃气灶具燃烧器。...

【技术特征摘要】
1.一种燃气灶具的优化设计评价技术方法，其特征在于：包括如下步骤：①典型样本选取：针对现有灶具样品的燃烧器，选取典型燃气灶具若干台进行样品分类，每类各两台为一组，得出典型样品库分类数据；②建立样品三维几何模型：a.选择上述典型灶具样品组中的一台，进行硬件分解并测量灶具各主体部分的外形尺寸，建立其几何模型，划分网格；b.利用仿真模拟软件进行实体模拟，得出灶具的进气系统、燃烧器、灶面、锅架、框架的三维几何模型；③样品实验测试研究：依据建立的测试实验系统进行实体样品的试验与测试，得出上述几何模型的初始边界条件；实验验证目标为：灶具燃烧工况、燃烧器附近温度场、灶具燃烧器附近烟气浓度场、灶具的热负荷与热效率；实验变量设置为燃烧器和锅架两部分，包括如下因素：引射器尺寸及其形状、火盖面积、火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距、锅架高度和锅架位置；样品实验测试研究分两步：a.建立实验系统进行测试：针对选取的典型样品组中的另一台样品进行实验测试，测试项目包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、燃具热负荷和/或热效率、烟气中CO以及NOx浓度场分布；模拟边界条件的输入须与实验测试的边界条件相符合，因此必须测定和计算出燃气流量、燃气压力、燃气温度、一次空气系数、环境温度、室内空气参数(包括温度，湿度，大气压)、锅的大小尺寸、烟气取样器的尺寸位置这一系列边界条件；b.基于实验测试数据作为边界条件，进行本样品的仿真模拟：针对上述典型灶具样品作为基准，基于上述实验测试得到的过程数据和结果，作为本仿真研究的初始条件和边界条件，利用仿真模拟软件进行模拟，得到模拟结果，模拟结果包括燃烧工况、燃烧区域温度场分布、烟气的CO以及NOx浓度场分布、燃气具热负荷和热效率；④依据实测数据，对仿真结果进行判断和修正；⑤将已经验证的燃气流动与燃烧模型应用到所有实验样品，进行验证测试和模拟：将已经验证的燃气流动与燃烧模型，应用到不同火孔类型、火孔尺寸、火孔排布、火孔间距以及不同进气、进风、锅架高度、锅架位置条件下得到不同实验变量的模拟结果；对于单个因素，在合理范围内进行至少m组(m≥5)模拟；⑥基于模型和实测结论，构建灶具燃烧器头部结构设计的仿真软件应用...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文学，王启，李昊民，刘彤，张建海，潘翠景，
申请(专利权)人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12