当前世界环境gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

改进的柴炉有可能对农村经济、生活质量、室内空气质量、植树造林和全球变暖产生重大影响，因为全球一半以上的人口依靠柴火来满足其烹饪能源需求。这些炉灶在许多发展中国家得到推广，更多地强调农村家庭和以农村为基础的商业应用。迈克尔·约翰逊等人。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba对印度、尼泊尔和秘鲁的生物质炉项目进行了全面介绍。提出了改进炉具的效率提高和环境优势。开发了使用烟囱调节气流的自然通风炉和使用风扇调节气流的强制通风炉。前者主要用于家庭，后者则用于大规模烹饪和其他工业应用。Yutana Sriudom报告说，通过在炉子周围使用烧焦的稻壳隔热材料来提高烟囱炉的效率，效率从9.6%提高到10.11%。gydF4y2Ba^2gydF4y2BaRaman等人详细描述了燃木炉及其性能比较。gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba

燃料木材成本的上升严重影响了人们能否接受改进的柴火炉作为一种可行的选择，以克服印度农村家庭用于烹饪的电力和液化石油气成本不断上升的问题。通过采用能源效率方案来减少燃料消耗将有助于提高改进的柴火炉的可接受性。Kishore和Ramana进行了一项研究gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba关于改进炉灶国家方案的现状，得出的结论是，用户接受程度是降低项目进展的因素之一。gydF4y2Ba

研究人员采用了几个角度的方法来提高效率，减少改进的炉子的燃料消耗和排放。这些措施包括改进燃烧室，减少对流和辐射损失或提高燃料质量。通过使用挡板改造燃烧室来提高效率的测试和报告显示，总体效率提高了12%，并具有低排放和更长的使用寿命等其他好处(Erick Boy等)。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba实验研究了不同操作条件对木材燃烧炉整体效率的影响，得出的结论是，效率可能提高12% (Juan和Rodrigo)。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

自然通风炉的风量是由烟囱效应产生的，在控制效率、排放和热损失方面起着重要作用。建立了数学模型来研究烟囱高度和直径对柴火炉温度分布的影响，并将结果与Joshua等人报道的真实值和相似性进行了比较。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba据报道，通过在燃烧过程中提供额外的空气供应，热效率提高了15% (Ravindra Mohan和Shankar Kumar)。gydF4y2Ba^8gydF4y2BaLokras讨论了不同类型的生物质炉对余热回收的影响，并给出了余热回收对提高效率的影响。gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba本文旨在确定木材燃烧炉减少热损失的实际效果。gydF4y2Ba

本研究的目的如下:gydF4y2Ba

• 对传统改进型燃木炉的性能参数进行测量，确定其燃烧效率gydF4y2Ba

• 建立了传统改进型燃木炉内气流系统的二维模型，利用商业计算流体力学(CFD)程序对其性能进行了模拟，并与实验结果进行了比较。gydF4y2Ba

• 引入余热回收机制后，对该炉的性能进行了数值评价。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

炉具结构及操作gydF4y2Ba

双锅炉灶gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba在农村和部落地区开发和实施，用于本研究。世界上使用的大多数改进炉灶都是基于类似的原理运行的，本研究中提出的改进措施适用于所有这些炉灶。它们大多是用粘土建造的，因为在当地可以获得，而且成本低。有时它们由耐热耐火水泥制成，但成本较高。图1 (a)给出了炉子的总体布置，详细的剖面图，主要尺寸在图1 (b)中给出。gydF4y2Ba

图1:(a)-改进后的gydF4y2Ba 带温度测量的燃木炉gydF4y2Ba (b)带尺寸的横断面视图gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

燃料供应口也充当空气供应口，烟囱产生的气流产生空气的运动，一直到烟囱排气口。燃烧的高温气体产物分别在21厘米和27厘米的高度为一级和二级提供烹饪能量。方程1给出了烟囱的高度(H，米)与气体的密度(ρ， kg/m)之间的关系gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba)和烟囱产生的吸入压力(ΔP, Pa)。在理想条件下，此压降通常大于或等于通过炉子的气流所产生的压降(ΔP)gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}）.ΔP = gH (gydF4y2Ba_pbgydF4y2Ba-gydF4y2Ba_ptgydF4y2Ba)≥ΔpgydF4y2Ba_(1)gydF4y2Ba上式中下标“b”和“t”分别表示烟囱的底部和顶部。“g”表示引力常数，9.81米/秒。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba随着烟囱底部气体温度的升高，密度降低，这导致更高的吸入压力，因此更多的气流产生更高的损失。减少吸入压力也是不可取的，因为这会导致空气流量减少和燃烧效率低下。在本研究中，通过对炉子的设计进行以下两项修改，使炉子的辐射和对流损失最小化。这些都是gydF4y2Ba

• 将供油口尺寸由目前的17cm × 15cm减小到10cm × 15cmgydF4y2Ba

• 提供一个空气供应口，回收部分产生并储存在炉体中的热量。热空气在燃料燃烧区的底部输送。gydF4y2Ba

通过计算烟囱产生的压降和燃料口的总压降(ΔP)，确定了热回收口和燃料口的最佳尺寸gydF4y2Ba_{人力资源gydF4y2Ba})和热回收端口(ΔP .)gydF4y2Ba_{人力资源gydF4y2Ba})，并使用标准公式计算压降。ΔPc = ΔPgydF4y2Ba_{人力资源gydF4y2Ba}+ΔPgydF4y2Ba_{摩根大通(2)gydF4y2Ba}修改后布置的断面标高如图2所示。在这种布置中，燃油进气道的尺寸减小，并在射击区下方引入了供气口。由于制作炉子的粘土导热性差，并且由于储热，达到稳定状态将有相当长的时间间隔。gydF4y2Ba

图2:剖面标高gydF4y2Ba 改进型燃木炉gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

木材燃烧炉的效率取决于以下热值的大小，这又取决于炉子的设计和性能。gydF4y2Ba

1. 燃烧的燃料提供的热量，HgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba, kJgydF4y2Ba
2. 提供给容器的有用热量HgydF4y2Ba_ugydF4y2Ba, kJgydF4y2Ba
3. 通过烟囱的烟气损失，HgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba, kJgydF4y2Ba
4. 未燃烧碳损失HgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba, kJgydF4y2Ba
5. 灰显热损失，HgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}, kJgydF4y2Ba
6. 炉子表面的辐射和对流损失，HgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}, kJgydF4y2Ba

炉子的效率由下式给出gydF4y2Ba

炉子表面的辐射和对流损失(HgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba})和通过燃料口的火焰是炉子热量损失的主要来源，这对炉子的效率造成了相当大的损失。这项研究的目的是减少这些损失。gydF4y2Ba

测量与计算gydF4y2Ba

为了确定从炉子表面和从火焰到大气的总热损失，使用以下关系式gydF4y2Ba



一个gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}外表面积是m吗gydF4y2Ba^2gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}炉子的表面温度是k.agydF4y2Ba_{《外交政策》gydF4y2Ba}加油口的区域打开了吗gydF4y2Ba^2gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{船尾gydF4y2Ba}为绝热火焰温度，K σ为辐射传热的斯蒂芬-玻尔兹曼常数，W/m。gydF4y2Ba^2gydF4y2BaKgydF4y2Ba^4gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{弗兰克-威廉姆斯gydF4y2Ba}温度测量在炉子和烟囱内的六个位置进行，如图1a所示，用数字1至6表示。然后用傅立叶热传导定律测量了外壁温度。公式4通过将炉子两侧的对流损失和辐射损失相加来计算所有壁面的总损失。在3点测得的温度被用来计算炉子背面的损失。绝热火焰温度(TgydF4y2Ba_{船尾gydF4y2Ba})和燃料热值使用标准程序(Bhat和Vora)获得。gydF4y2Ba^10gydF4y2Ba寻找当地可用的柴火黄豆的化学成分gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba这是在实验中使用的。采用K型热电偶，采用数据采集系统记录温度。温度测量是在炉子达到稳态条件后进行的。外壁温度由式5计算。假定炉壁温度等于炉内气体温度。采用Jurges方程计算了外壁传热系数gydF4y2Ba^12gydF4y2Ba风速为1m /s时。粘土(炉具材料)的导热系数值取自现有数据。gydF4y2Ba^13gydF4y2Ba

模型分析gydF4y2Ba

利用商业建模工具建立了烧柴炉气体流动通道的二维模型。使用的三角形单元格数量为1914个。燃气通道由燃料和空气入口和烟囱顶部的烟气出口组成。燃料燃烧区(炉排)保持在绝热火焰温度条件下。燃烧空气入口温度为300K。将进、出口分别视为进、出口通风口。用浮力流的boussines近似激活了自然对流操作条件。经过810次迭代，解决方案收敛。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

图3给出了修改前木灶气流通道内的静态温度曲线。温度曲线显示初级和次级烹饪水平的平均温度分别为700K和675K。烟囱内气体的温度从顶部的575k到底部的675K不等。gydF4y2Ba

图3:内部静态温度的轮廓gydF4y2Ba 改造前的气体流动通道gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图4给出了烟囱出口的静态温度分布图。烟囱出口平均温度568K。图5给出了改良炉的温度曲线。燃料口尺寸的减小对炉内气体温度有显著影响。此外，热回收过程有助于增加有用的热量。从初级和次级水平的气体温度(分别为750K和700K)可以明显看出这一点。这比之前的案例分别高出7.14%和3.7%。图6给出了改进炉情况下烟囱出口气体温度分布图。与之前的568K相比，平均温度降低到496K。表1给出了修改前后两种情况下的实验结果和仿真结果。 The heat lost by radiation and convection is reduced by 12.08% after the modifications are made.

图4:静态温度图gydF4y2Ba 烟囱出口的气体gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图5:静态温度轮廓gydF4y2Ba 为改良炉提供的热气gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图6:气体温度曲线gydF4y2Ba 改良炉的烟囱出口gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

表1:温度测量和每面墙的计算损耗。gydF4y2Ba

表1:温度测量gydF4y2Ba 以及每堵墙的计算损失。gydF4y2Ba 点击这里查看表格gydF4y2Ba

图7给出了修改前的实验工况、修改前的仿真结果和修改后的仿真结果三种情况下，烟囱内三点温度分布的对比图。不同温度点气体温度的实验测量结果与模型结果一致。gydF4y2Ba

图7:实验对比gydF4y2Ba 以及温度的模型结果gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

对改进型燃木炉的表面热损失进行了实验研究。测量内部气体温度，计算外部表面温度。内部气体温度与模型的结果进行了比较，发现两者是一致的。计算了炉子和烟囱表面的热损失，并计算了改造对炉子性能和热损失的影响。一级和二级炉温分别上升7.14%和3.7%。经改性后，热损失降低了12.08%。对改进后的炉子进行进一步的实验研究是必要的。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者在此感谢沙特国王大学工程学院研究部主任对本研究的支持。gydF4y2Ba

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