摘要：分析了家用燃氣熱水器噪音產生的直觀原因，認為火焰自發性振蕩產生的燃燒噪音是影響燃熱產品噪音的內在關鍵因素，因而降低其噪音必須圍繞實現燃具的穩定燃燒來展開，而非單純采用噪音計來測量并降低噪音；燃燒室中熱輻射場、壓力場以及速度場等熱工量的高頻動態測量與燃燒的數值模擬相結合是實現燃燒流場分析并改良燃燒工況的前提，本文并提出研究燃燒不穩定性的實驗裝置，為下一步燃熱產品的降噪研究進行初步理論準備。

1引言衡量包括家用燃氣熱水器在內的家電產品質量的一項重要指標就是其噪音值，GB6932-2001規定：燃熱產品的噪音要求在65dB以下

該指標限制了噪音超過65dB的產品進入市場。若燃熱產品的噪音越低，其市場競爭力越強，然而即使是批量檢驗合格的產品進入家庭后，在氣源、使用環境以及產品老化等客觀因素影響下，也會產生較大的噪音，給用戶造成很大的心理壓力；甚至產品本身發生危險事故，給生產商的品牌聲譽造成不良影響。因此開發良好的氣源及氣候適應性的低噪音燃熱產品，是研發人員的職責，也是提高產品市場競爭力的有效途徑。

2燃氣熱水器主要噪音類別家用燃氣熱水器的噪音具有多個不同的噪音源，而且是不同頻率、不同強度、有規律或者無規律的聲音組合在一起形成的聲音效果。其主要噪音源包括：

機械噪音：風機旋轉時轉動軸、葉片殼體發生機械碰撞、摩擦所發生的噪音；(2)空氣動力學噪音：包括燃氣、空氣及煙氣中產生渦流等不穩定流動，如卡門渦街，導致氣體流動的速度和壓力發生周期性的交變，從而產生空氣動力學噪音；(3)水流噪音：由于燃氣熱水器水箱盤管的存在，導致水流經過的時候產生水錘沖擊噪音，水箱中流動的水快速受熱汽化時也會發出噪音；

(4)燃燒噪音：燃燒噪音的機理十分復雜，不僅與燃料有關，與燃燒過程有關，更與燃燒器及燃燒室的設計密切相關。在家用強排式燃氣熱水器中，正常燃燒過程的燃燒噪音即具有紊流寬頻連續噪音頻譜特征，而當不穩定燃燒發生時候，其燃燒頻譜特征為具有多個明顯的譜峰，其實質是火焰頻繁的離焰抖動，造成水箱內燃燒壓力波的振蕩和放大，形成共振噪音。對于燃氣熱水器開發者而言，目前亟需解決的噪音問題是燃燒噪音問題，燃燒噪音問題不僅僅產生噪音共振的問題，更為重要的是當產生燃燒噪音時，同時伴隨燃燒工況惡化，會嚴重影響用戶的健康和安全。

3產生燃燒噪音的主要因素燃燒不穩定性的概念：燃燒處于脫火極限曲線和回火極限曲線之間的燃燒工況為穩定燃燒工況，火焰不能穩定處于此兩曲線之內，即為燃燒不穩定狀態。若火焰不能穩定的駐扎在燃燒器上方，頻繁離焰甚至回火，形成周期性不穩定的熱釋放，該熱釋放進一步對燃燒室內壓力波動構成激勵并符合瑞利準則，便形成振蕩燃燒。家用燃氣熱水器的噪音主要是非外激勵聲源形成的燃燒共振，因此研究其燃燒噪音和共振只需要圍繞引起自激勵振蕩燃燒的原因展開分析。不穩定熱釋放作為振蕩燃燒的激勵源，是形成燃燒不穩定發生的關鍵環節，影響熱釋放的主要因素有：火焰表面積的脈動，燃料當量比的脈動及流動旋渦的形成。

影響熱釋放導致上面所述三種結果從而最終形成振蕩燃燒的直觀外因有：

風機出口氣流的脈動：若風機流道設計不合理，出口處形成周期性的渦流釋放，即影響空氣的引射及燃燒焰面的抖動；某些強制燃氣熱水器為降低水箱等燃燒部件外壁面的溫度，需要讓空氣流經燃燒部件的外壁面后再進入風機，若流道過于狹窄導致空氣流速過快，而流道本身又不規則，空氣在進入風機之前即可能流動失穩，而這種流動失穩也會傳遞到風機出口處。燃燒器的設計不合理及加工制造誤差。這些因素導致空氣和燃料氣在燃燒器中混合不均勻，導致形成不穩定燃燒。一次風風量的不合理性。包括風量計算失誤和燃燒器結構設計的不合理等因素造成的一次風不合理。燃料因素。甲烷、二甲醚等氣種燃燒時容易離焰；大氣的性質。大氣壓力，溫度和濕度導致燃燒速度的改變，有可能形成不穩定燃燒。上述外因造成火焰焰面前端形成周期性的渦脫落，或周期性釋放熱量的變化，或燃燒器頭部燃料不均勻，導致火焰的抖動，并與聲壓波動耦合，若符合瑞利準則，熱聲振蕩便會加強；若其頻率接近燃燒系統的聲學共振頻率，便會形成嚴重的噪音和共振；若進一步接近燃燒系統的固體本征頻率，則可能會導致燃燒系統嚴重破壞甚至解體。影響燃燒穩定性的外因可通過一些經驗性方法加以解決，比如：調整風機擋板、更換設計和工藝水平優良的燃燒器加以解決，但這些經驗性的方法不能從根本上抑制不穩定燃燒的發生。影響振蕩燃燒的內因在于燃燒系統的幾何結構，即水箱尺寸、燃燒器燃面聲導納及包括水箱換熱器在內的排煙通道的聲阻尼。燃燒系統的固有頻率即主要由上述三變量所決定。即使外因存在，若內因不符合振蕩燃燒規律，仍然不能激發振蕩燃燒。因此合理設計水箱尺寸、燃燒器及換熱器流道結構，可從根本上抑制振蕩燃燒的發生。

4振蕩燃燒研究進展包括內燃機、鍋爐、燃氣輪機以及火箭發動機均存在不穩定性燃燒現象，較高頻的振蕩嚴重干擾燃燒過程，損害燃燒室結構。但也有工業爐利用振蕩燃燒提高爐膛放熱強度。振蕩燃燒理論研究方面，人們認為：振蕩頻率取決于燃燒系統的聲學特性，而激振條件取決于瑞利準則。雖然振蕩燃燒做了理論性的闡述，但涉及到具體的燃燒系統，存在數學模型和邊界條件的不同，還是需要大量的振蕩實驗取得經驗參數去補充數學模型。國內研究振蕩燃燒的有：上海交通大學對鍋爐不穩定性燃燒的測量，北京航空航天大學對與火箭發動機的分析，天津大學對于內燃機燃燒不穩定性的測量[8]，燃氣輪機不穩定性的CFD模擬方面：近年來，科學院力學所、西安交通大學和東南大學等做了部分工作。在民用燃氣具領域，無論是理論還是實驗，國內從事該方面的研究和探索還是空白。

5振蕩燃燒的實驗目的和測量方法實驗目的：測量冷態和熱態情況下系統的振蕩頻率、燃面聲導納和煙道聲阻尼，找到燃燒振蕩和燃燒器及煙道結構之間的核心規律，從而分析形成燃燒振蕩的內在原因,即燃燒系統的結構尺寸對振蕩燃燒的影響。

1－燃氣熱水器；2－石英玻璃；3－光電管；4－微型壓力傳感器；5－高頻動態數據采集儀；6－直流供電電源；7－采集電腦；8－波譜分析儀；9－激光多譜勒測速儀圖1燃燒不穩定性研究的實驗裝置原理內容整理由巴巴傳媒旗下中國壁掛爐網發布實驗裝置的其主要測量原理是：在最大燃燒負荷下，當熱水裝置共振時，測得燃面處速度變化（LDV），燃燒室壓力變化，及熱釋放的變化（光電管測CH鍵釋放波）；由測得上述參數計算燃面聲導納及煙道聲阻尼，找出振動頻率和所測熱工參數之間關系，從而分析振蕩燃燒的內在規律。通過找出內在規律，研發人員可合理設計燃燒器、煙道及燃燒室結構，避開共振區。當然也可嘗試運用CFD來模擬振蕩燃燒，但熱水器燃燒系統的Gambit模型的復雜性導致模擬難度大大增加。

6降低燃燒噪音和改進共振的原則性方向通過對引起燃燒不穩定性的內外因素的討論，可總結出降低燃燒噪音的原則性方向，主要包括：

改造燃氣熱水器的內部結構布置，使得空氣在進入風機的之前的流場不會產生失穩；改造風機制造工藝和提高流道的設計水平，使得風機運轉的時候不會產生渦街；提高燃燒器支架和燃燒器制造的工藝水平。使得一、二次風分配更加均勻合理，抗擾動性強；改進水箱和煙道的設計。改變聲導納，避開共振區；合理采用消音和吸音措施?？梢栽跓煹郎习惭b吸音裝置及在燃氣熱水器殼體上采用消音處理，可降低噪音。7結論歸納并總結家用燃氣熱水裝置噪音種類和產生燃燒噪音的主要原因，指出燃燒噪音涉及復雜的不穩定燃燒機理，既有外在因素的影響，也有其內在的原因，可以科學合理的組織研究不穩定燃燒，通過實驗得出開發改進燃燒系統所需要的經驗參數。本文還設計了研究燃燒噪音的實驗裝置，指出燃燒噪音這一燃熱產品核心研發命題的解決將有賴于理論與實驗相結合的深入研究。