天津大學(xué)本科生設(shè)計神奇灶具拿了全國特等獎

中國教育報—中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 陳欣然 通訊員 陳錚杰）一個小小的爐灶，不見火焰和煙氣，卻能釋放巨大的能量。天津大學(xué)本科生設(shè)計的這個“紅外輻射式甲醇灶具”剛剛在第十三屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽中獲得特等獎。

在我國部分農(nóng)村地區(qū)，液化石油氣和天然氣等傳統(tǒng)燃料普及程度低，不能完全滿足農(nóng)村的炊事需求。而甲醇作為一種清潔燃料，來源廣泛，成本相對低廉，在農(nóng)村具有寬廣的應(yīng)用前景。但是現(xiàn)有的擴散式燃燒甲醇灶具存在燃料消耗大、燃燒不充分、易產(chǎn)生一氧化碳等有毒物質(zhì)等問題。

天津大學(xué)學(xué)生團隊設(shè)計的這款“紅外輻射式甲醇灶具”則是采用全預(yù)混燃燒方式，將燃燒所需空氣全部混入燃料再進行燃燒，其特點是火焰短，甚至看不到火焰，故也稱作無焰式燃燒。這種燃燒方式不僅能量轉(zhuǎn)換效率高，而且燃料燃燒充分，基本無污染物排放。針對全預(yù)混燃燒的穩(wěn)定性較差，將甲醇燃料應(yīng)用于全預(yù)混式灶具容易出現(xiàn)燃燒中斷與安全風(fēng)險的問題，團隊成員利用數(shù)值模擬技術(shù)對灶具結(jié)構(gòu)及工作方式進行了優(yōu)化設(shè)計，通過調(diào)整灶具的進氣方向、噴嘴壓力等設(shè)計，使燃料與空氣的混合物在灶具內(nèi)部的流動更為均勻，燃燒更為充分，克服了穩(wěn)定性差這一難題。同時他們還在灶具灶頭周圍設(shè)計加裝了一種新型耦合氣化裝置，可以收集燃燒產(chǎn)生的煙氣余熱繼續(xù)加熱甲醇，充分利用燃燒過程中的每一點熱量提高灶具的熱效率。該紅外輻射式甲醇灶具符合我國家用燃氣灶能效一級標(biāo)準，熱效率高達68%，優(yōu)于市面上現(xiàn)有擴散式燃燒甲醇灶具。

該設(shè)計推廣應(yīng)用后，可以為液化石油氣和天然氣不普及的農(nóng)村地區(qū)家庭和使用燃煤的火鍋餐飲企業(yè)提供一種高效低成本的清潔炊事灶具，推廣甲醇燃料的應(yīng)用，減少因燃燒散煤而導(dǎo)致的嚴重污染物排放問題。根據(jù)山西省2020年冬季清潔取暖改造計劃，山西農(nóng)村地區(qū)的二十萬農(nóng)戶采用甲醇供暖，若半數(shù)都換上適配的該灶具，每年可減少1820.7噸的SO2、192.7噸的NOx和831.75噸的PM2.5排放。

該團隊成員是來自天津大學(xué)機械工程學(xué)院工程力學(xué)、能源與動力工程、工業(yè)設(shè)計專業(yè)的6名本科生。項目的研發(fā)過程充滿了挑戰(zhàn)。進行數(shù)值模擬需要運用到通常研究生才會接觸的軟件，全英文的復(fù)雜操作界面讓團隊成員一時摸不著頭腦；線上工作缺少對產(chǎn)品的直觀感覺，對產(chǎn)品實際需求的理解會存在一定偏差……面對困難，團隊成員選擇加強協(xié)作：你提供一條新思路，我?guī)兔χ匦掠嬎阋槐?，利用各自不同的專長解決問題。在團隊成員的共同努力和老師的指導(dǎo)下，他們終于設(shè)計完成了這份作品。

“比起作品拿了特等獎，我們更看重大家一起奮斗的過程?！?團隊成員李卓航說，通過這次參賽經(jīng)歷，他學(xué)到了許多新的知識，開闊了眼界，學(xué)會了團隊協(xié)作。