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常温状态下的挡风板作用测试及自制的“太阳花”牌挡风板(不得不承认:我有些强迫症啊)

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发表于 2015-4-7 12:29:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    今年冬天时,由于对手头的挡风板均不满意,于是开始琢磨自己diy挡风板。为了diy出满意的挡风板,于是进行了多次、历时几个月的测试和不同设计思路的挡风板设计,个中辛苦,实在是充满血泪啊。
    让我们先看看市面上销售的挡风板常见规格:
   
来自旧版论坛的签名人生无根蒂 飘如陌上尘~

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:30:25 | 显示全部楼层

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    这些常见的挡风板,主要存在以下几方面不足:
    1.硬铝的挡风板,要么太矮(不适用于一体式炉头),要么太重;
    2.软铝的挡风板,要么太重,要么有些矮(不适用于一体式炉头),或者长度不够;
    3.自立的挡风板,即使是有风环境,夏季还是会有使气罐过热爆炸的危险;
    4.钛挡风板,无论厚度从0.03-0.1mm,共同的不足是难自立,易打卷,操作不便。

    我个人日常户外时,为了追求轻量化,主打炉头都是一体式炉头,即使冬天,由于使用的soto OD-1RX能够一定程度上应对低温环境下气罐的气体输出量问题,所以还是用一体式炉头.
    那么气罐+炉头,高度一般不会低于15cm(soto OD-1RX的高达17.5cm),所以我对挡风板有这几点期望:
    1.轻,重量不得高于50g。
    2.高度适用于一体式炉头。
    3.四季通用,在夏季,挡风板不要导致气罐过热;在冬季,挡风板最好可以帮助罐体加热。
    4.不管有风无风,最好能够将燃烧产生的热空气进行有效利用于加热锅壁。
    5.对不同的炉头和不同的锅有通用性。
    6.不太受扎营环境影响,无论是草地、砂石地、冰面、冻土、石头地、水泥地,需要通吃。
    7.收纳方便。
    8.不要精致,要耐操,操作不太麻烦。
要求有些多呀,嘿嘿。

    我看到几种diy挡风板的思路:
    1.用厚度更薄的软铝皮diy。装备者里有个贴,重量控制到40g,6片装,长度×宽度=57cm×18cm,自立。缺点是夏季起风环境下使用挡风板,我还是担心会使气罐过热。如果想使气罐不过热,那么在使用挡风板时,就需要底下垫上东西,使底部通风,这么操作,受环境限制,不见得就随时找到合适的东西把挡风板架起来;当然也可以把挡风板部分打开或者距离锅及气罐远一些,但这么做,户外自然环境下,风向随时变化,一定程度上又影响了挡风效果。另外使用次数多了,铝板折不折坏不说,坑坑洼洼的实在难看,还有就是,由于比较轻,风向突变时可能就得屁颠屁颠去追挡风板了,嘿嘿。
    2.用500ml的易拉罐外皮diy。比如搞成3-6片卷,每片之间用铆钉铆上。重量肯定更轻,收纳起来也挺方便的,但500ml的易拉罐,高度仅有不到15cm,多数使用易拉罐diy挡风板的思路都是适合于分体式炉头的,对一体式炉头高度有些不够。而且因为偏轻,自立在地上时会被风吹跑或者吹倒。而如果再在易拉罐外皮上加装钢条或者自行车辐条,增加重量不说,这种插销式思路受环境影响面大,比如冰面、冻土、石头、水泥地、砂土环境等,统统无法固定。
    3.用铝箔或者锡纸固定在锅上。锡纸容易烧坏,且易被风吹变形;铝箔的往往需要回形针或者燕尾夹,操作麻烦。也有的思路是结合几根铁丝固定铝箔的,但这个操作实在是麻烦。
    另外,我个人的实验数据表明,挡风板如果紧贴锅体,那么燃烧产生的热空气就无法对锅壁起到加热作用,效果很不好,这一点很重要!(数据见下文)。
    4.陈立树的思路。将薄钛板用别针悬空架在炉头上,钛板与锅壁保持一定距离以便热空气上升和传导热量。这个思路相当吸引我。
    但也有些我还不是很满意的地方:(1)挡风板基本与炉头平面持平,最多通过压低别针,使挡风板低于炉头平面达2cm。但事实上二级风起,如果挡风板不能够低于炉头平面3cm以上,则抗风性还是受到一定影响的,那么火力就存在浪费的情况。(2)别针折腾起来颤颤巍巍的,对不同炉头的适应性一般,比如我用的soto OD-1RX,想将别针固定起来就比较麻烦,收纳起来也麻烦;(3)不能够适用于不同直径的锅,除非换不同长度的别针。(4)寒冷环境下,这种悬空挡风板无法上下移动,因此无法起到加热罐体的作用。

    总结:没有看到适合于一体式炉头的diy挡风板满意思路。

    那么就换新的思路吧。

    在我自己diy挡风板的过程中,产生了很多困惑,对于设计时如何控制多种因素的影响,既参考了不少他人的思路,也得到身边不少户外朋友的头脑火花,真的是非常感谢。

    另外,diy的过程中,由于不满意一些定性思路,以及为了测试自己diy的挡风板的精确效果,所谓“绝知此事须恭行”,没有调查没有发言权,于是反复折腾,不停烧水测试,初步估计,烧了上百升的水是肯定没问题的。现在自己的第三版挡风板已完成,为了进行比较精确的数据测试对比,于是终于在一个阴雨霏霏的白天,开始了苦逼的全天测试。以下是本次的测试内容:

    天气:小雨
    气压:忘了测试了,小雨环境,估计气压略低于标准大气压
    气温及水温:见表格
    锅:爱玩牛ECA423 1.3L钛锅和反应堆的套锅
    炉头:一体化的soto OD-1RX和MSR反应堆
    海拔:20m,嘿嘿
    地点:北京,家里
    烧水量单位:1L
    气罐:脉鲜红罐

    实验结论如下图:
来自旧版论坛的签名人生无根蒂 飘如陌上尘~

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:31:37 | 显示全部楼层

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    本次测试综合考虑的因素如下:

    因素一:风力
    不同风力情况下,挡风板的作用必然明显不同。我此次测试了三档:无风、二级风力强、三级风力弱。所谓的“二级风力强、三级风力弱”,是俺用家里的一个小电风扇吹出来的,根据风力歌“零级烟柱直冲天, 一级青烟随风偏, 二级轻风吹脸面, 三级叶动红旗展”进行了模糊判断哈~

    因素二:气温、水温
    (1)由于要考虑的因素比较多,因此测试的总时长就会比较长,而这就涉及到气温的变化。前期测试中注意到,气温的变化超出2摄氏度时,由于空气温度不同,会对燃烧时间及耗气量就会产生可观察的影响。
    于是为了减少不可控因素的影响,专门选了个阴天,在气温变化不大的白天全天一次性进行完各个因素的对比测试。从早上8点一直搞到晚上5点半,早饭午饭都没顾得上吃。
屌丝没有恒温实验室呀,杯具。。
    (2)本来想进行个常温和低温环境的显著性对比测试,以便观察低温环境下,低气温和低水温到底对燃烧时间及消耗气体量产生的影响有多大,于是看了天气预报,发现北京的4月2日夜里最低温是2度,于是夜里坚持不睡等降温,等到夜里3点多,才悲剧地发现两个该死的情况:(1)悲痛一:北京的自来水水温,不管是温暖天气的白天还是寒冷天气的夜里,居然温差都在1.5度范围内,我在家里根本没法开展低水温下的烧开水工作;(2)悲剧二:4月2日虽然低温小雨,但无风,室外环境到了5度了,我家里房间内的室温还是降不下来,最低温也不过12度多。
    另外3月底还在北京延庆的后河进行了户外测试。平均气温和水温低于8度,但由于风力不稳定,本人也太懒,导致数据量不足,得出的结论也让我觉得不是很可靠,所以本次未作为准确数据提供。

    因素三:气罐的气体组成和重量
    我在测试中发现,气罐总重低于250g时,气罐内的压力变化会导致单位时间内的气体输出量发生变化,因此本次测试中使用的气罐的初始重量没有低于250g的。最近这几个月多次测试陆陆续续大约烧掉了30罐气,痛苦啊。
    PS:
    (1)一个标准扁罐,标称总重360g,气体重量230g,气罐自重130g。但实测表明:
脉鲜红罐总重365g左右,火枫红罐总重380g左右,火枫红罐彻底用完气罐后自重平均为145g。
    (2)红罐,蓝罐,红蓝罐,火枫,脉鲜,这些不同的气罐,由于气体的组成比例不同会导致热值不同,于是本次提供的测试数据,使用的全部是脉鲜红罐。
    这次的一次性测试前幸好一次性买了二十罐脉鲜红罐。现在家里大约还有十多个半罐气,以后户外慢慢消耗吧。

    因素四:挡风板与锅壁之间的距离
    之前看过一些大神指出,挡风板与锅壁的距离会影响燃烧产生的热气的气流上升方向,从而影响锅壁的侧面加热。另外,尤其是如果挡风板紧贴锅壁的话,不仅有上述影响,还会影响炉头的空气进气口的空气输入。
    我之前的数次测试也证明了上述观点的正确性,所以这次测试时,为了对比具体差异,挡风板距离锅壁的距离为两档对比测试:0cm和1cm。其中,0cm的概念是将0.05mm厚度的钛箔尽可能紧地贴在了锅壁上;1cm档为肉眼估测。

    因素五:挡风板与锅盖的高度差
    如果挡风板比较窄,仅仅挡住了炉头的火面,比锅底仅仅略高一点,这种高度,与挡风板的宽度比炉头火面高出若干cm,不同的宽度,是不是应该会影响挡风效果?毕竟,挡风板的宽度越宽,就意味着在有风环境下,会使燃烧出的热空气更多地被用于锅壁的加热。于是设计四档:A——高于炉头火面1cm,低于锅盖约6cm,挡风板宽度4cm;B——高于炉头火面3cm,低于锅盖约4cm,挡风板宽度7cm;C——远高于炉头火面,高于锅盖约1cm,挡风板宽度14cm;D:——远高于炉头火面,高于锅盖约4cm,挡风板宽度15.5cm。
备注:挡风板均为悬空状态,两根自行车辐条架在炉盘上形成十字架,然后挡风板卡在自行车辐条上。

    因素六:挡风板与炉头进气口的高度差——影响空气进气量
    如果注意观察,那么会注意到,一体化炉头的炉面下部,必然存在着一个空气的进气口。如果挡风板的底部等于或低于进气口的高度,是否会导致一体化炉头的空气进气不畅?各种超薄款的钛挡风板,下部都是若干个孔,恐怕就是这个设计思路吧?
    我在之前的测试中发现,挡风板的下部,最好比炉头的进气口高出一些距离,最低可以持平,最好不要低于炉头的进气口高度,否则会导致烧水时间拉长。本次使用的Soto OD-1RX 比较长(炉头的进气口与炉头支架之间距离为5.5cm),于是测试中这一因素就没有进行对比测试,仅仅保证了挡风板的下端比锅底低4cm,但不低于炉头的进气口高度。

    因素七:不同炉头——功率不同、炉面面积不同导致火苗面不同
    (1)本来想使用火枫116t(炉盘大)、Soto WindMaster Stove OD-1RX (炉盘小)、MSR反应堆来进行对比测试,结果发现116t在气罐重量低于220g后,燃烧时间和耗气量变化极大,耗时的差距能够达到5:3!而Soto OD-1RX 相对来说,气罐气体压力发生变化时受影响程度较小,在气罐重量低于200g后,耗时的差距约为8:7。还有,MSR反应堆基本不受气罐压力变化的影响。结合起来,不得不说一声一分钱一分货呀,唉。
    (2)怀疑116t的进气口的螺纹存在精密程度问题,对同样重量下的不同气罐(同样是脉鲜红罐或者火枫红罐),居然燃烧时间和耗气量存在明显差异(备注:明显差异这四个字指的是统计学术语)。
    于是最终放弃116t的对比测试。仅仅对比了Soto OD-1RX (使用的是Soto 3 Flex Pot Support三脚支架)和MSR反应堆。

    因素八:不同直径的锅——受热面不同
    个人觉得,不同直径的锅,由于锅底直径不同,会导致受热面存在面积差异,这一点可能会影响烧水时间及耗气量。我本来想对比一下爱玩牛ECA423 1.3L钛锅和另外一款不知名的1.7L铝锅,但测试的快累死了,这个因素放弃了。
    本次使用的爱玩牛ECA423钛锅的规格是:直径15cm,高度7.7cm。

    测试结论归纳如下:
    1.水温及其他因素不变的情况下,气温的上升,会使烧水时间缩短,这是废话结论,呵呵。
    2.气温及水温常温状态下,有风情况下,使用挡风板作用显著,这个更是大废话,哈哈。
    (1)无风环境,使用挡风板与否对缩短烧水时间及降低耗气量基本无影响。但低温环境下不确定,我个人怀疑在低温无风环境下,挡风板也许可以对锅壁起到一定程度的集热作用,低温数据不足,这个想法存疑。
    (2)有风环境,如果挡风板的宽度能够把锅壁全部包起来,那么受风力的影响很小。
    (3)MSR反应堆由于其一体化设计思路,所以受风力影响不大,二三级风的情况下,烧水的耗时增加不到8%,耗气量增加不到3%。果然是超级烧水利器啊,可惜火力不好控制。
    3. 气温及水温常温状态下:
    (1)室内无风环境,反应堆和soto  OD-1RX的烧水时间基本一样,3分25秒-3分30秒之间,但反应堆明显耗气量更少,平均烧开1L水节约气体2g左右;
    (2)2-3级风力下,反应堆和soto  OD-1RX(使用悬空挡风板,对锅壁进行全包围)的烧水时间基本一致,3分40秒-3分50秒左右,但反应堆明显耗气量更少,平均烧开1L水节约气体3g左右;
    也就是说,反应堆比soto  OD-1RX节约15%-20%左右的气体,这一点很值得肯定。这说明,反应堆的输出功率虽然比soto  OD-1RX小,但对热量的利用率更高。
    PS:
    (1)没有在本次实验数据中体现,但本人在之前的室内测试中注意到的是,无风环境下,火枫116t甚至可以比反应堆和soto  OD-1RX烧得更快5-10秒,但耗气量明显大,大约多耗气50%,很可怕。这说明116t的设计思路对热量的利用率明显低。
    (2)没有在本次实验数据中体现,但本人在之前的户外测试中注意到的是,气温及水温较低时(8度以下),貌似soto  OD-1RX的烧水时间比反应堆明显要长很多,但数据不足,不作为准确结论,暂时存疑。
    4.如果将挡风板紧紧地贴在锅壁上,不论有风无风,都会导致烧水时间和耗气量大大增多,还使气罐变热。
    我的个人解释是:由于挡风板紧贴锅壁,同时挡风板低于锅的底部若干厘米,这二者结合,于是导致燃烧产生的热气流无法正常上升,被迫形成湍流,从挡风板外逸出,这样的结果是既影响了一体化炉头的进空气效果,也浪费了热空气的热力对锅壁的加热作用。
    5. 气温及水温常温状态下,2-3级风力下,挡风板下端低于锅底的距离基本一致前提下,则挡风板越宽(亦即垂直角度包住锅体的程度越大),烧水时间越短,耗气量越少。直到挡风板的宽度高于锅体以后才无变化。所以有风环境下,挡风板的高度最好与锅体持平或者更高一些。
    6.其他结论(没有在本次实验数据中体现,但本人在之前的室内测试中得出)
    使用悬空挡风板时,有风情况下,挡风板的下端低于锅底的距离,亦即与一体化炉头的进气口之间的高度差,这个因素会影响烧水时间。具体来说:
    (1)有风时,特别是户外环境里不规律的上下左右摆风时,如果挡风板的下端低于锅底的距离越短,那么挡风效果越差。这个结论,随着风力的变大会更为明显。
    (2)室内环境,有风时,如果挡风板的下端与一体化炉头的进气口之间高度持平或者更低,那么会对一体化炉头的空气进入造成一定负面影响。但考虑到户外环境时风力不规律,我个人猜测只要悬空挡风板的下端不低于一体化炉头的进气口高度,那么应该影响不大。
    (3)如果使用自立挡风板,对锅和气罐进行基本全包围时,气罐可能会过热不说,我个人猜测也会影响一体化炉头的进气,当然如果部分打开挡风板,或者是挡风板与锅、气罐保持的直径差比较大时,可能负面影响会变小。没有具体数据,本判断不应作为准确结论。

    其他:
    1.电子秤
    最早使用的是精确度为1g的电子秤,结果发现每烧开1L水消耗的燃料多少,这个数据的差异对比应该是0.1g数量级的,于是只好重新买了精确度达0.1g的电子秤重新测试。之前烧了几十升水得出的结论白白放弃,郁闷。
    2.温度计
    测试气温时,使用了2个电子温度计,一个手表上的温度计,一个电子钟上的温度计,结果发现,2个电子温度计之间误差约1-2度,手表温度计和电子钟温度计误差在1度内,2个电子温度计普遍比手表温度计和电子钟温度计高约2度。于是思维混乱了。最终全程使用了其中的一个电子温度计(精确度0.1度)。但烧开水时又发现,把电子温度计的探头伸进锅内,哪怕水都沸腾了,温度计也达不到95度,所以依靠温度计来判断何时应该关火的确很茫然。于是最终的做法是:本次烧开水时全部不盖锅盖,用肉眼判断沸腾程度来决定关火时间,因此#耗时#这项指标,应该会有1-2秒的误差。
    3.测试时使用的挡风板的设计
    (1)紧贴锅壁的挡风板,使用的是0.05mm厚度的钛板,用回形针卡住紧扣在锅壁上的。
    (2)使用距离锅壁约1cm的悬空挡风板时,本人喝了3听500ml、6听350ml的青岛啤酒,然后裁开易拉罐皮,三片组合折边卡住,然后底部剪开3.5cm左右的口子,固定在自行车辐条制作的十字架上,十字架架在炉头上,使挡风板的高度低于锅底3-4cm。
    (3)最后使用的本人自己diy的钛挡风板(命名为“太阳花”,呵呵),直接可以固定在锅体上。
    (4)没有进行自立挡风板的对比测试的原因是,在室内常温环境,将自立挡风板包围住气罐后开始烧水,水还没有烧开,气罐已经滚烫了,俺实在害怕气罐爆炸,所以放弃了。

测试过程中的图如下:
来自旧版论坛的签名人生无根蒂 飘如陌上尘~
 楼主| 发表于 2015-4-7 12:32:18 | 显示全部楼层

无挡风板

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:33:11 | 显示全部楼层

挡风板紧贴锅壁(无风)

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:33:40 | 显示全部楼层

挡风板紧贴锅壁(有风)

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:34:03 | 显示全部楼层

宽度4cm的挡风板侧视图

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:34:40 | 显示全部楼层

宽度4cm的挡风板俯视图

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:35:08 | 显示全部楼层

宽度7cm的挡风板侧视图

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 楼主| 发表于 2015-4-7 12:35:29 | 显示全部楼层

宽度14cm的挡风板侧视图

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常温状态下的挡风板作用测试及自制的“太阳花”牌挡风板(不得不承认:我有些强迫症啊) 浪迹天涯X 2015-04-07
继续 浪迹天涯X 2015-04-07
继续 浪迹天涯X 2015-04-07
无挡风板 浪迹天涯X 2015-04-07
挡风板紧贴锅壁(无风) 浪迹天涯X 2015-04-07
挡风板紧贴锅壁(有风) 浪迹天涯X 2015-04-07
宽度4cm的挡风板侧视图 浪迹天涯X 2015-04-07
宽度4cm的挡风板俯视图 浪迹天涯X 2015-04-07
宽度7cm的挡风板侧视图 浪迹天涯X 2015-04-07
宽度14cm的挡风板侧视图 浪迹天涯X 2015-04-07
宽度14cm的挡风板俯视图 浪迹天涯X 2015-04-07
火枫116t炉头与soto OD-1RX炉头高度对比 浪迹天涯X 2015-04-07
俺自己diy的“太阳花”牌挡风板 浪迹天涯X 2015-04-07
中锅(1.3L,直径15cm)俯视图 浪迹天涯X 2015-04-07
继续 浪迹天涯X 2015-04-07
MSR 反应堆: 浪迹天涯X 2015-04-07
太阳花 浪迹天涯X 2015-04-07
继续败家 浪迹天涯X 2015-04-07
还是败家 浪迹天涯X 2015-04-07
太阳花 浪迹天涯X 2015-04-07
小锅俯视图: 浪迹天涯X 2015-04-07
中锅侧视图: 浪迹天涯X 2015-04-07
中锅俯视图: 浪迹天涯X 2015-04-07
大锅侧视图: 浪迹天涯X 2015-04-07
大锅俯视图: 浪迹天涯X 2015-04-07
挡风板自重: 浪迹天涯X 2015-04-07
锅可以轻易放到地面上,挡风板可以轻松上下移动. 浪迹天涯X 2015-04-07
冬季下调挡风板可以加热气罐 浪迹天涯X 2015-04-07
细节展示 浪迹天涯X 2015-04-07
细节展示 浪迹天涯X 2015-04-07
细节展示 浪迹天涯X 2015-04-07
细节展示 浪迹天涯X 2015-04-07
浪迹天涯X 2015-04-07
支持折腾。手工不错! Μatthew 2015-04-07
我居然读完了,果然好强,下次研究自制天幕吧! IT金刚狼 2015-04-07
不错,赞! 山燕 2015-04-09
佩服了!这是当工程师的路子~ Talk 2015-04-10
强帖留名,看不懂,见面等讲解:D Jane简 2015-04-11
太强大了 暗夜Knight 2015-04-14
佩服!不过怕划手啊。 大东 2015-04-14
边缘全部打磨过了哈 浪迹天涯X 2015-04-17
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