燃气灶节能防风装置说明书

华中数控杯 2008 湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第三届 全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛 燃气灶节能防风装置 设计说明书 参 赛 者 王丰 王同望 李志鹏 胡雪 卢进 军 指导教师 张元好 缪勇 湖北汽车工业学院 二 0 0 八年五月 2 目录 1 目录 2 2 作品内容简介 3 3 研制背景及意义 3 4 设计方案 4 5 理论设计计算 5 6 工作原理及性能分析 7 7 创新点及应用 8 8 推广应用价值 9 9 参考文献 10 3 燃气灶节能防风装置设计说明书 设计者 王丰 王同望 李志鹏 胡雪 卢进军 指导教师 张元好 缪勇 湖北汽车工业学院材料工程系 十堰 442001 作品内容简介 通过实验我们设计了一套用于家用燃气灶的节能防风装置 该装置是 在一圆形座圈内侧固定安装若干螺旋形肋片 从而使火焰绕着锅底呈螺旋 形上升 这样就增加了火焰与锅底的接触时间 提高了热量的利用率 同 时肋片也增大了传热面积 增加了热量的吸收 此外圆形座圈阻碍了热量 和空气的对流 减少了热量的损失 从而达到节能效果 该作品运用了材料学和传热学方面的知识 同时也结合我院金工实习 科目中的相关知识制作而成 联系人 王丰 联系电话EMAIL wf qcxy 1 研制背景及意义 众所周知 目前天然气和煤气资源作为一种无污染的能源 一直是我 国现有家庭厨房做饭用热的首选资源 但当前燃气资源一度紧缺 其价格 也一直飚升不下 而由于设计的缺陷 通过调查和实验分析发现 现有家 用煤气灶燃气的利用率仅为 60 70 其余热量都散失到周围空气中 做 个很简单的实验 把手放在锅边缘处 能明显感受到很热 这就是下部燃 气热量散失到空气中的一部分热量 作为家庭的一员 为了减少家庭的开支 同时也为了缓解目前能源紧 缺的危机 为此我们通过实验设计了一套用于家用燃气灶的新型节能防风 4 装置 2 设计方案 2 1 螺旋肋片 普通的中餐炒菜灶 受热分布如图所示 其中 有一部分热量来不及被锅 体吸收而散失到空气中 图中箭头表示热空气流 向 造成了很大的浪费 据有关统计大约有 30 左右的由此散失 为了解决这一问题 我们设计了这样一个装置 如图所示 在一圆形 座圈内侧固定安装若干螺旋肋片 这样就增加了火焰与锅底的接触时间 提高了热量的利用率 同时肋片也增大了传热面积 增加了热量的吸收 此外圆形座圈阻碍了热量和空气的对流 使原来散失到空气中的热量 经座圈辐射后都作用在了锅底 这样就减少了热量的损失 从而达到节能 5 效果 另外座圈可以防止外界风力对燃烧火焰的影响 使火焰完全作用在锅 底 从而达到防风的效果 2 2 螺旋导槽 为了使热量更充分的吸收和适应不同的锅形 我们设计了另外一套方 案 用一铝制薄板弯成一螺旋导槽 如图 这样就把燃烧的热量完全包裹 在导槽内 从而使热量全部作用在锅底 使热量更充分的吸收 另外在螺 旋导槽下方拉一根电炉丝 可以根据不同的锅形自由伸缩 从而能适应不 同的锅形 3 理论设计计算 普通炒菜锅的受热过程可类似于平板受热 可视为一维稳态传热过程 中的热量传递 温度分布如右图所示 忽 略热辐射换热 则 燃气火焰一侧对流换热热阻 炒菜锅锅体的导热热阻 1 1 1 Ah Rh A R 6 锅内侧对流换热热阻 上面传热过程中传递的热量为 增加螺旋装置的工作过程类似于肋片导热过程 如下图所示 导热微分方程式 边界条件 引入过余温度 表征肋片导热性能 换热性能及 几何结构之间的相对关系 最终数学模型为 结论 1温度分布 1 1 1 Ah Rh 21 21 21 21 11 AhAAh tt RRR tt ff hh ff 7 肋端 热流量 其中 二 肋片效率二 肋片效率 1 肋片效率定义 肋片效率定义为 肋片的实际散热量与其整个肋片都处于肋基温度下 的最大可能的散热量之比 记为 理论上肋片效率大约在 1 31 1 56 之间 2 实际计算 设一口径为 30cm 的炒菜锅 为计算方便取其为一半球面 已知周围环境温度 燃气有效温度 为 860 锅内水的温度由 20 上升至 100 燃气对叶片总换热系数 h 390W m2 螺旋结构的横截 面可视为一矩形 高度 h 40mm 宽度为 3mm 其材料与锅体均为铝 导热 系数 22W m 上述公式计算 加上螺旋装置后热量吸收量与增加比为 19 1 因此 理论上加了螺旋装置后可节约燃气将近五分之一 3 实验验证 实验条件 室内 相同燃气流量加热 550ml 水 经过大量实验 现选取两组数据对比如下 内容初始温度 最终温度 加热到最终温 度所需时间 节能 节能 普通炉灶261003 21 6 8 螺旋肋片261002 58 511 44 螺旋导槽261002 31 724 88 经过实验分析比较得 螺旋导槽的节能放风效果要比螺旋肋片好 为此我们选择的最终方案为螺旋导槽 4 工作原理及性能分析 工作时 将螺旋结构放在燃气灶上 调整水平 然后将锅放于其上 火焰就绕着锅底呈螺旋形上升 这样就增加了火焰与锅底的接触时间 提 高了热量的利用率 同时螺旋导槽可以适应不同的锅形 并且可以使热量 更充分的吸收 完成制作后 作品实物外形照片见图 9 图 燃气灶节能防风装置 5 创新点及应用 1 螺旋导槽使火焰绕着锅底呈螺旋形上升 增加了火焰与锅底的接触时间 提高了热量的利用率 2 肋片增大了传热面积 增加了热量的吸收 3 座圈阻碍了热量和空气的对流 减少了热量的损失 4 座圈可以防止外界风力对燃烧火焰的影响 使火焰完全作用在锅底 从而 达到防风的效果 5 适应性强 可以与不同曲率的锅匹配 6 通过简单的螺旋装置可以节能 20 左右 6 推广应用价值 该节能装置结构简单合理 制造成本低 使用性强 具有