上进风燃气灶因结构紧凑、安全清洁等优点备受民用燃气市场青睐，但至今该类型燃气灶存在一次空气引射不足、热效率低等问题，仍具有较大的发展潜力和优化空间。通常，上进风燃气灶的引射、燃烧性能与相关部件的结构参数密切相关。因此，本文以某5.0 kW上进风燃气灶样机为研究对象，基于ANSYS Fluent 15.0软件，构建燃气灶冷态引射预混、热态预混燃烧过程的数值计算模型，据此开展不同结构参数对上进风燃气灶内部引射预混和预混燃烧特性的数值模拟研究，揭示燃气空气流动、燃烧及传热传质的耦合作用机制，以燃气灶系统的能源高效利用为优化目标，获得最佳新型高能效上进风燃气灶的结构设计参数，具体的研究内容和结果如下：
首先，针对该5.0 kW上进风燃气灶的喷嘴、内环炉头、外环炉头，选取相应的可变结构参数，采用中心复合试验设计，并基于冷态模拟结果构建以引射系数为响应值的响应面模型。另外，根据响应面优化结果选取各部件最优参数组合，实现单结构引射性能优化。在此基础上，改变喷嘴与内、外环炉头的轴向距离，进一步探究引射系数的变化规律，并实现整体结构引射性能的优化。研究结果表明，引射系数变化趋势总是与流速变化趋势吻合，流速是影响引射性能的重要参数。相比于原样机，经一系列结构优化后，内环模型火孔的引射系数从0.710提升至0.782，外环模型火孔的引射系数从0.630提升至0.705，极大提升该上进风燃气灶的引射性能，使其燃烧时一次空气量更加充足，为改善燃烧器燃烧性能提供了更好的预混燃烧条件。
其次，基于上述优化结果，开展不同结构参数对上进风燃气灶燃烧性能影响的模拟研究，相关研究结果如下：火孔个数影响间距的大小，从而影响温度场分布，造成热效率发生变化，随着火孔数的增加，热效率先增大后趋于稳定。同时，火孔倾角主要影响预混燃气的出流方向，使得火焰高温区的分布位置发生变化，导致热效率不同，随着火孔倾角增大，热效率先增大后减小。另外当燃气灶带有炉架结构时，辐射传热成为主要能量交换形式之一，占比约为三分之一；并随着炉架高度的上升，热效率逐渐减小，烟气出口CO含量逐渐降低，高度较低时会出现烟气排放不达标。此外，炉耳个数增加也会使热效率降低，三、四炉耳结果接近，五炉耳较低，烟气CO含量逐渐降低且均达标。
最终，本文基于引射性能与燃烧性能优化结果，利用三维设计软件，开展新型高能效上进风燃气灶的结构设计，并进行实物加工，据此开展燃气灶样品性能测试试验。关键性能参数验证结果如下：热负荷模拟值为5.2 kW，试验值为4.8 kW，误差为8.3%，热效率模拟值为69%，试验值为67%，误差为2.98%，烟气中CO含量符合国家标准，燃气灶实际运行性能参数接近优化设计结果。相比原样机，新型产品的实测热效率提升了8%，提升效果显著。
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