新型多功能节能灶热效率分析研究
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摘要：本论文通过对新型多功能节能灶传热性能及排烟热损失等方面的研究，综合分析节能灶的热能利用情况，进一步论证该灶的各项性能，为其生产及推广提供理论基础。
关键词：节能灶；传热性能；热能
Research and analysis of novel multifunctional energy-saving stove
thermal efficiency
Meng wei ,Yu Hongyan
（jilin agricultural Science and Techenology University of BuildingEngineering ,jilin 132101 ,china)
Abstract:This paper through the research of new type multifunctional energy-saving stove heat transfer performance and the heat loss of exhaust gas heat energy utilization etc., comprehensive analysis of energy-saving stove, further demonstrate the performance of the stove,provide the theoretical basis for its production and promotion. Keywords:energy saving stove; heat transfer performance; heat
中图分类号：TE08文献标识码： A
引言新型节能灶的推广，是保护生态环境的迫切需要，也是提高人们的生活质量的一次重要的改革。根据对新型多功能节能灶热效率的分析，总结其节能原理，论证其性能，为其顺利推广提供理论依据。
1传热性能
1.1热效率
1.1.1薪柴发热量
薪柴是树木提供做燃料的生物质，主要有树木的枝杈，在林区、山区和木材加工地区。薪柴是树木通过光合作用生长成的生物质，主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成，其中主要元素含量为：碳49.5%，氢5.6%，氧43%，氮1%。
木质燃料的发热量可根据木材的元素组成通过计算近似求出：
高发热量HHV=8100C+34200（H-O/8）
式中C、H、O为木材中碳、氢、氧元素的百分组成。
1.1.2热效率计算
热效率就是送入炉灶的热量中有多少被有效利用了。用η表示。
η=利用有效热量/总发热量
通过对新型多功能节能灶的实验：0.5kg木质燃料（C=0.5，H=0.06，O=0.43），用10分钟，烧开5开关的水。假设水的温度从20℃升到100℃。升温获得的有效热量为：
Q1=水（5kg）×水比热（4.187kJ/kg）×（100-20℃）=1674.8kJ
木质燃料的高发热量为：
HHV=8100C+34200（H-O/8）=17991kJ/kg
总发热量为：
Q2=0.5kg×HHV =8995.5kJ
热效率为：
η= Q1/ Q2=1674.8/8995.5=18.6%
1.2传热阻
1.2.1传热过程
热量传递的基本方式有三种：热传导、热对流和热辐射。当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移情况下，物质微粒的热运动传递的热量，这种现象称为热传导；流体中，温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程为热对流；物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射。
1.2.2传热阻计算
R=Ri+Rw+Ro
Ri=1/（hcA）=1/（hci+hri）A
Rw=δ/（λA）=δw/（λwA）
Ro=1/（hoA）
R―总热阻Ri―对流热阻Rw―导热热阻Ro―辐射热阻
A―传热面积h―传热系数λ―热导率δ―导热厚度
锅厚度为5mm，热导率为40W/(m・K)，hci为470W/(m²・K),hri为25 W/(m²・K)，ho为2000 W/(m²・K)。
经计算总热阻R为2.625×10-3 K/W
2余热利用
2.1各项热损失分析
2.1.1排烟热损失
灶的排烟温度很高，往往高于大气温度，所以会带走热量，烟气温度愈高，带走的热量就愈多。
2.1.2气体不完全燃烧热损失
在排出的烟气中，尚有未燃尽的气体（CO等），就会产生气体不完全燃烧热损失。
2.1.3固体不完全燃烧热损失
在木柴中，碳是不易燃尽而且最后燃烧的部分，碳的燃尽阶段和新柴添入往往重叠在一起，所以都会增加灰渣中残留碳，导致固体不完全燃烧热损失。
2.1.4散热损失
包括经过灶体，灶门和缝隙等处散跑的热量。
2.1.5灰渣带走的物理热
木柴燃尽后，以灰渣的形式残留，其温度往往高达上百度，农民在冬天将灰渣放入火盆中取暖，就是利用了木柴燃尽后留在灰渣中的热量。
2.2排烟热损失计算
新型多功能节能灶利用烟气的高温来烧水，做到了大部分余热回收利用。下面计算烟气排放所带走的热损失以便进一步计算烧水的效率。
Q=Vpy×Cpy×tpy-VIK×CIK×tIKkJ/h
Q―排烟带走的热量，kJ/h
Vpy―排烟容积量，m³/h
Cpy―排烟平均容积比热，1.36kJ/m³・℃
tpy―排烟温度，℃
VIK―冷空气供给量，m³/h
CIK―冷空气比热，1.29kJ/m³・℃
tIK―冷空气温度，℃
其中：VIK=B×α×V0
VPY=（0.01866（CY+0.375SY）+0.111HY+0.0124WY+0.008NY+（1.0161α-0.21）V0）×B
式中：B―每小时燃料消耗量，kg/h
CY，HY，SY，NY，WY―为组成各元素的组成百分数值
V0―每kg燃料理论需要空气量，m³/kg
经实验，新型多功能节能灶每小时燃用4kg玉米秸，假设冷空气温度为10℃，排烟温度为100℃。α=2.4。
先计算V0：
V0=0.0889×42.17+0.265×5.45+0.0333（0.12-24.32）=4.387m³/kg
VIK=B×α×V0=4×2.4×4.387=42.12m³/h
再计算排烟量：
VPY=4×(0.01866(42.17+0.375×0.12)+0.111×5.45+0.0124×4.87+0.008×0.74+(1.0161×2.4-0.21)4.387)=44.92 m³/h
计算排烟带走的热量Q：
Q=44.92×1.36×100-42.12×1.29×10=5565.77 kJ/h
秸秆每小时燃烧的热量为58400kJ/h
排烟热损失为：5565.77/58400=0.0953
结语 通过计算热效率，可以看到新型多功能节能灶热效率高达18.6%，近视普通灶的两倍，大大提高了热效能。利用计算的排烟热损失可以看出余热回收装置的重要性。这些理论计算为新型多功能节能灶顺利推广提供理论依据。
参考文献：
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作者简介：
第一作者，孟伟，1989年出生，吉林农业科技学院建筑工程系农业建筑环境与能源工程专业学生。
通讯作者，于洪艳，1980年出生，硕士，吉林农业科技学院建筑工程系农业建筑环境与能源工程专业老师，讲师，主要从事农村节能方向研究。