没有“火焰”的神奇灶具拿了特等奖

陈铮杰 科技日报 记者 陈 曦

一个小小的炉灶，不见火焰和烟气，却能释放巨大的能量。日前在第十三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中，天津大学本科生设计的“红外辐射式甲醇灶具”获得特等奖。

无焰式燃烧性能优无污染

在我国部分农村地区，液化石油气和天然气等传统燃料普及程度低，不能完全满足农村的炊事需求。而甲醇作为一种清洁燃料，来源广泛，成本相对低廉，在农村具有宽广的应用前景。但是现有的扩散式燃烧甲醇灶具，存在燃料消耗大，燃烧不充分，易产生一氧化碳等有毒物质等问题。

团队设计的这款“红外辐射式甲醇灶具”则是采用全预混燃烧方式。全预混燃烧是将燃烧所需空气全部混入燃料再进行燃烧的燃烧方式，其特点是火焰短，附着于燃烧表面，甚至看不到火焰，故也称作无焰式燃烧。这种燃烧方式不仅能量转换效率高，而且燃料燃烧充分，基本无污染物排放。

针对全预混燃烧的稳定性较差，将甲醇燃料应用于全预混式灶具容易出现燃烧中断与安全风险的问题，团队成员利用数值模拟技术对灶具结构及工作方式进行了优化设计，通过调整灶具的进气方向、喷嘴压力等设计，使燃料与空气的混合物在灶具内部的流动更为均匀，燃烧更为充分，克服了稳定性差这一难题。同时他们还在灶具灶头周围设计加装了一种新型耦合气化装置，可以收集燃烧产生的烟气余热继续加热甲醇，充分利用燃烧过程中的每一点热量提高灶具的热效率。该红外辐射式甲醇灶具符合我国家用燃气灶能效一级标准，热效率高达68%，优于市面上现有扩散式燃烧甲醇灶具。

该设计推广应用后，可以为液化石油气和天然气不普及的农村地区家庭和使用燃煤的火锅餐饮企业提供一种高效低成本的清洁炊事灶具，推广甲醇燃料的应用，减少因燃烧散煤而导致的严重污染物排放问题。根据山西省2020年冬季清洁取暖改造计划，山西农村地区的二十万农户采用甲醇供暖，若半数都换上适配的该灶具，每年可减少1820.7吨的SO2、192.7吨的NOx和831.75吨的PM2.5排放。

本科生团队获得了特等奖

团队的成员是来自天津大学机械工程学院工程力学、能源与动力工程、工业设计专业的本科生。项目的研发过程也是充满了挑战。进行数值模拟需要运用到通常研究生才会接触的软件，全英文的复杂操作界面让团队成员一时摸不着头脑；线上工作缺少对产品的直观感觉，对产品实际需求的理解会存在一定偏差……面对困难，团队成员选择加强协作：你提供一条新思路，我帮忙重新计算一遍，利用各自不同的专长解决问题。在团队成员的共同努力和老师的指导下，他们终于设计完成了这份作品。

“比起作品拿了特等奖，我们更看重大家一起奋斗的过程。” 团队成员李卓航说，通过这次参赛经历，他学到了许多新的知识，开阔了自己的眼界，以及最重要的是——明白了团队协作的重要性。

据悉，全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛是由教育部高等教育司主办的全国大学生学科竞赛。该项目由机械工程学院赵军、王赫阳、山西煜能科技开发有限公司杨永宁老师指导，苏梓南、李卓航、郑瑞凡、范俊珲、徐程程、史泽坤6位同学设计完成。（图片由受访者提供）