天津大學本科生設計神奇灶具拿了全國特等獎

2020-09-19 中國教育新聞網

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

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

天津大學學生團隊設計的這款「紅外輻射式甲醇灶具」則是採用全預混燃燒方式，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換效率高，而且燃料燃燒充分，基本無汙染物排放。針對全預混燃燒的穩定性較差，將甲醇燃料應用於全預混式灶具容易出現燃燒中斷與安全風險的問題，團隊成員利用數值模擬技術對灶具結構及工作方式進行了優化設計，通過調整灶具的進氣方向、噴嘴壓力等設計，使燃料與空氣的混合物在灶具內部的流動更為均勻，燃燒更為充分，克服了穩定性差這一難題。同時他們還在灶具灶頭周圍設計加裝了一種新型耦合氣化裝置，可以收集燃燒產生的煙氣餘熱繼續加熱甲醇，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準，熱效率高達68%，優於市面上現有擴散式燃燒甲醇灶具。

該設計推廣應用後，可以為液化石油氣和天然氣不普及的農村地區家庭和使用燃煤的火鍋餐飲企業提供一種高效低成本的清潔炊事灶具，推廣甲醇燃料的應用，減少因燃燒散煤而導致的嚴重汙染物排放問題。根據山西省2020年冬季清潔取暖改造計劃，山西農村地區的二十萬農戶採用甲醇供暖，若半數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機械工程學院工程力學、能源與動力工程、工業設計專業的6名本科生。項目的研發過程充滿了挑戰。進行數值模擬需要運用到通常研究生才會接觸的軟體，全英文的複雜操作界面讓團隊成員一時摸不著頭腦；線上工作缺少對產品的直觀感覺，對產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作：你提供一條新思路，我幫忙重新計算一遍，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下，他們終於設計完成了這份作品。

「比起作品拿了特等獎，我們更看重大家一起奮鬥的過程。」 團隊成員李卓航說，通過這次參賽經歷，他學到了許多新的知識，開闊了眼界，學會了團隊協作。

作者：陳欣然

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