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對吸油煙機(jī)風(fēng)幕氣流組織的優(yōu)化研究論文
引言
吸油煙機(jī)是重要的家用電器之一，對維持廚房內(nèi)的空氣質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，目前國內(nèi)的吸油煙機(jī)多采取單獨(dú)的抽吸式排煙。為了更好的防止油煙的發(fā)散，對傳統(tǒng)的吸油煙機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，本文提出在風(fēng)罩前端加一個送風(fēng)口，形成一道風(fēng)幕，利用實(shí)驗(yàn)和仿真手段對其進(jìn)行評價和優(yōu)化。 實(shí)驗(yàn)室尺寸為：280×204×280cm，
利用兩個半徑為35cm，高為7cm的圓筒對鍋灶進(jìn)行實(shí)際模擬，利用乙二醇發(fā)煙器模擬油煙。風(fēng)速的測量采用KANOMAX公司生產(chǎn)的40個點(diǎn)的Model 1550多通道風(fēng)速儀，另外還采用發(fā)煙器模擬油煙的發(fā)煙，并利用發(fā)煙器的發(fā)煙直接觀察某些重要部位的氣流情況。
首先根據(jù)實(shí)際模型建立仿真模型，并通過對比實(shí)驗(yàn)和仿真的結(jié)果，證明仿真模型的可行性;然后在仿真模型上通過某些參數(shù)的設(shè)定，進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)優(yōu)化方案改造原型機(jī)。但是在原型機(jī)改造之后，風(fēng)幕內(nèi)偏，效果不好，風(fēng)速偏小，風(fēng)幕的氣流直接被吸走，出現(xiàn)明顯的短路現(xiàn)象，不能達(dá)到預(yù)期的效果。
本文重點(diǎn)根據(jù)以上的仿真試驗(yàn)的出現(xiàn)的問題，研究分析風(fēng)幕向內(nèi)偏原因，通過調(diào)整風(fēng)速和出風(fēng)角度，最終得到理想的風(fēng)幕效果。
1 風(fēng)幕風(fēng)速的優(yōu)化
在優(yōu)化過程中對風(fēng)幕的風(fēng)速分別取值：0、1、1.5、2、2.5 、3.5、5 (m/s) 等7組風(fēng)速進(jìn)行仿真。仿真采用的是穩(wěn)態(tài)仿真，是指在確定邊界條件和初始條件(直吹，風(fēng)幕風(fēng)口4.5mm)后，小室內(nèi)最終的流場狀態(tài)。
1.1控制點(diǎn)濃度分析
控制點(diǎn)取在(0.69，1.45，0)，這個位置大約相當(dāng)于人在操作時臉部的位置。
表1 不同風(fēng)速控制點(diǎn)濃度
速度(m/s) 0 1 1.5 2 2.5 3.5 5
濃度(mg/m3) 0.372 0.370 0.371 0.370 0.370 0.375 0.375
從表1中可以看出，風(fēng)速為1m/s和2~2.5m/s時出現(xiàn)了兩次極小值點(diǎn)。在風(fēng)幕速度為零時，濃度要大于兩個極小值點(diǎn)，說明在操作者臉部的位置裝風(fēng)幕時的工況要優(yōu)于無風(fēng)幕時的情況，但是存在一個相對優(yōu)化的射流速度。
1.2濃度的多點(diǎn)分析
對灶臺前沿的豎直面和灶臺豎直中心面交線上取5個點(diǎn)進(jìn)行比較。在高度較低的(11m以下)幾個點(diǎn)，隨著風(fēng)幕速度的升高，檢測濃度升高。當(dāng)高度較高時，隨著風(fēng)幕速度的提高，檢測濃度減小，在約2.5m/s時，檢測濃度下降到最小值。從仿真圖片中也是相同的結(jié)果。
在穩(wěn)態(tài)情況下，某些風(fēng)速值時操作者臉部位置(控制點(diǎn))附近的濃度會降低，而室內(nèi)其它點(diǎn)的濃度會上升，所以加裝具有適當(dāng)風(fēng)速的風(fēng)幕是合理的，最終優(yōu)化的風(fēng)速為2.5m/s。
1.3仿真試驗(yàn)結(jié)果用于樣機(jī)
將優(yōu)化的風(fēng)速2.5m/s用在上述風(fēng)道中，在主風(fēng)機(jī)不開的情況下，風(fēng)幕氣流從出風(fēng)口流出后，在風(fēng)口的風(fēng)速分布可以看出，在圓弧側(cè)的風(fēng)速偏大，這會加強(qiáng)氣流對圓弧的貼附繞流作用，實(shí)測最終形成了向主風(fēng)機(jī)側(cè)傾斜的氣流，未能達(dá)到預(yù)期的豎直向下吹的要求。所以，需要再次對風(fēng)幕吹風(fēng)角度進(jìn)行驗(yàn)證。
2風(fēng)幕吹風(fēng)角度優(yōu)化
在原型機(jī)風(fēng)速的基礎(chǔ)上，對風(fēng)幕風(fēng)口的出流方向進(jìn)行優(yōu)化。風(fēng)幕的出流速度為2.5m/s，與水平面的夾角風(fēng)別設(shè)為向內(nèi)20度、45度、60度、90度、向外45度，得到的小室內(nèi)流場和濃度場的分布。在2.5m/s風(fēng)速的情況下，隨著風(fēng)速方向的向外偏轉(zhuǎn)，各點(diǎn)的檢測濃度逐漸減小，在向外偏45度時檢測濃度達(dá)到最小值。2.5m/s向外偏45度情況下的檢測濃度和2.5m/s直吹情況下的檢測濃度接近。
3結(jié)論
1、從理論分析，僅考慮控制點(diǎn)和房間中心點(diǎn)檢測濃度，風(fēng)幕最佳工況為風(fēng)速2.5m/s斜向外吹45度。
2、作為一種日常用品，吸油煙機(jī)的實(shí)際設(shè)計制作過程，還必須考慮很多其它的因素，其中風(fēng)幕對人臉部的吹風(fēng)感和風(fēng)口處局部構(gòu)件的美觀效果兩個因素對風(fēng)幕的最終效果影響較大。綜合考慮控制點(diǎn)的濃度、操作者臉部的吹風(fēng)感和美觀效果，風(fēng)幕的最佳工況為風(fēng)速2.5m/s，斜向內(nèi)吹45度。
參考文獻(xiàn)：
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