近吸式吸油烟机环吸板的进风形式优化和分析.pdf

1572023中国家电科技年会论文集0 引言家用吸油烟机中，近吸式吸油烟机的占比很大，市场中基于近吸式吸油烟机开发的外观形式也有很多，如翻板式、伸缩式、固定环吸板等。针对吸油烟机的不同形式，也有不同人进行了研究。何立博等人研究了进风网罩外凸和内凹，对流场和风速的影响1；吴勇等人研究了挡烟板对排烟效率的影响2；陈兆钦等人研究了进风面积对性能的影响3，认为进风面积到一定数值会有临界点，过了临界点很难再影响空气性能；目前研究外部流场有射流、集烟腔控流等4,5，得到了外部控烟的一些结论。研究吸油烟机内部多翼离心风机的流场更加丰富，得到的有益结论更多6-11。而针对环吸板尺寸的优化以及其对内外部流场影响的情况还少有研究，因此本文对吸油烟机的环吸板进行了研究分析。如图1所示，列举了几种近吸式环吸板的外观形式，而这些形式最主要是通过更改环吸板的尺寸和形状。图1所示环吸板的结构形式和尺寸不一样，造成其性能不一致。本文提取了图1所示机型的主要影响参数，通过CFD数值分析结合实验12,13，改变环吸板的尺寸和间隙，分析其对吸油烟机内外作者简介：胡承杰，本科学历，在职研究生学位，中级工程师。研究方向：吸油烟机的整机性能、不同形式的内外部流场情况、振动异音以油烟净化等。E-mail：。近吸式吸油烟机环吸板的进风形式优化和分析胡承杰1,2 施旭娜2 何立博2 袁柯铭2 吴灵辉2 唐兴旺21.健康智慧厨房浙江省工程研究中心 浙江宁波 315336；2.浙江省健康智慧厨房系统集成重点实验室 浙江宁波 315336摘 要：吸油烟机上环吸板的合理布置和增加可以提升吸烟效果，为了研究其对内外部流场的影响，在某吸油烟机的进风口上增加环吸板，针对不同的环吸板尺寸，不同的环吸板进风间隙，进行仿真计算，优化分析。计算结果对比实验，认为仿真模型可信。通过对比分析计算仿真的9组数据，可以发现环吸板对风机内部流动存在影响，对风机流量存在影响，对风机效率存在影响，对环吸板四周流动状态也存在影响。从而根据流场分布以及吸油烟机实吸油烟效果，可以确定该吸油烟机合适的环吸板尺寸范围。关键词：吸油烟机风机；环吸板；仿真流场；流量；效率 Optimization and analysis of the air inlet form of the annular suction plate in near suction rang hoodHU Chengjie1,2 SHI Xuna2 HE Libo2 YUAN Keming2 WU Linghui2 TANG Xingwang21.Healthy&Intelligent Kitchen Engineering Research Center of Zhejiang Province Ningbo 315336;2.Key Laboratory of Healthy&Intelligent Kitchen System Integration Ningbo 315336Abstract:The reasonable arrangement and addition of the annular suction plate on the range hood can improve the smoking effect.In order to study its impact on the internal and external flow fields,adding a annular suction plate to the air inlet of a range hood,the range hood is analyzed and optimized using CFD method for different annular suction plate sizes,different plate air inlet gap.Comparison between results of the calculation and experiment shows that the simulation model is credible.By comparing and analyzing the simulated 9 sets of data,it can be found that the annular suction plate has an influence on the internal flow of the fan,which has an influence on the fan flow rate,and has an influence on the fan efficiency,and also affects the flow state around the plate.Therefore,according to the flow field and the effect of the range hood,the suitable size range of the annular suction plate for the range hood can be determined.Keywords:Range hood fan;Annular suction plate;Simulation calculation;Flow rate;Efficiency中图分类号：TM925.57 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.036158 2023中国家电科技年会论文集部流场的影响。1 某近吸式吸油烟机厨房内的数值计算模型1.1 计算模型说明如图2所示为厨房内的流域几何，该模型中存在门、窗、橱柜、吊柜、吸油烟机等。其中房门打开、窗关闭。模拟的是在吸油烟机吸风的过程中，风从厨房门口进入，整体厨房的流动状况，尤其是环吸板附近的流动状况。网格绘制如图3所示，在workbench的mesh中绘制网格，采用四面体网格为主，某一算例经过网格无关性验证，偏差不大，确认模型的准确性，因此单元数量控制在800万左右。流体计算模型采用fluent模块中的k-epsilon（2eqn）模型，如图4所示，设置转速为960 r/min。1.2 实验原理与装置根据GB/T 177132011吸油烟机国家标准14，测试吸油烟机空气性能的设备由图5所示。实验设备的结构由连接器、十字整流器、扩散段、减压筒和孔板等部分组成。测试风量的原理是基于孔板流量计原理15，通过获取孔板附近的平均静压，来换算出吸油烟机出口流量，并且出口的压力加上管网损失即吸油烟机出口压力，从而可以计算得到吸油烟机的流量、静压，进一步换算得到吸油烟机的全压。本设备采用的孔板为11块，代表了11种工况下的被测试吸油烟机所能发挥的性能。从而综合评估出吸油烟机整体的空气性能。图5 外排式吸油烟机空气性能试验装置2 环吸板数值计算结果与实验分析2.1 环吸板数值计算对于近吸式吸油烟机在运行过程中，其吸油烟效果主要同风量大小和风量的分布相关。因此本文主要关注最大风量，暂且不考虑噪声、其他工况下的风量等综合性能指标。通过仿真可以获知更多关于风量和风场的分布的信息。对于图6所示的吸油烟机样式，环吸板的性能主要同环吸板的尺寸、环吸板四周的进风间隙等相图1 运用环吸板的吸油烟机形式图2 带厨房的几何模型图3 厨房流域网格图4 fluent计算模型设置 1592023中国家电科技年会论文集关。环吸板为了保持美观，需要遮盖住风机进风口，而选取图6所示的箱体（宽度750 mm），环吸板的宽度基本可变动空间较小（此处采用300 mm的板宽），故不对环吸板的宽度进行变动分析。因此在图6示所示的机器箱体状态下，本文侧重研究其环吸板长度W、环吸板安装进风下间隙H1对吸油烟机的空气性能的影响。图6 环吸板关键尺寸仿真计算9组数据如表1所示，分别取了H1三组数据，当H1达到76 mm时，吸油烟机在H1位置的引导油路会影响外观，因此评估了市场上不同吸油烟机的H1尺寸，取H1的值如表1所示。根据表1的仿真数据表明，环吸板在上侧风口H0=70 mm时，板的长度变化对最大流量的变化影响相对较小，而H1的变化对最大风量影响较大。根据图7所示，尽管H1对最大风量的影响规律是越大越好，但是增加H1后风量的增量减少。截取图8所示的两个截面，图中截面1为通过叶轮轴线并且平行竖直平面的截面，截面2为通过箱体正中间的水平平面。为了获取相关环吸板上下左右的进风情况。取H1=24 mm的时候，获取分布状况如图9、图10、图11所示。观察截面1“叶轮内速度”“叶轮进口速度”发现几种状态的环吸板在下侧间隙相同情况下，流动形态、流速都一致，变化不大。可见环吸板的尺寸改变，不仅仅流量本身改变不大，对于风机内部的流动状态变化，也影响不大。对比截面2中环吸板“进风位置”，由于环吸板尺寸变化，对于侧边进风的相同位置，仿真的风速存在差异。在环吸两侧，W=350 mm时侧面进风速度大于W=550 mm，而W=550 mm的侧面进风速度远大于W=750 mm的进风速度。再从截面1中对比“环吸板上侧进风”位置的风速，明显的W=750 mm状态的进风速度大于W=550 mm状态的进风速度，而W=550 mm状态的进风速度大于W=350 mm状态的进风速度。因此可以总结为环吸板W越大，分配到环吸板两侧边的流量少、风速小；分配到环吸板上下侧的流量增加，风速增大。W变化的过程中，其实质改变的是两侧流动通道（简称流道）长度的变化；H1不变，则环吸板的周围进风面积不变。当W变大时，内部流动表1 W/H1对于最大流量（m3/min）的影响W=750 mmW=550 mmW=350 mmH1=5.5 mm14.8014.6014.50H1=24 mm16.216.4616.46H1=76 mm17.417.617.27图7 环吸板的H1对于最大风量的影响图8 环吸板流场截面图9 H1=24 mm，W=750 mm图10 H1=24 mm，W=550 mm图11 H1=24 mm，W=350 mm160 2023中国家电科技年会论文集状态不改变，环吸板两侧进风位置，进风速度减弱，流量减少，因此对比此仿真结果，可以得出以下结论：在环吸板和吸油烟机机体之间形成的风道截面面积不变时，环吸板长宽尺寸的变动影响小，其尺寸对吸油烟机内部流场影响小，对流量影响小，但是能够显著影响环吸板周围的流量分配。如图12、图13、图14所示，观察在H1不同取值的过程中，“环吸板上侧进风”的风速逐渐降低，进流面积不变，因此上侧的流量减少；“环吸板下侧进风口”的风速不断减弱，但是进风面积增大，同时整机出口流量增加，因此下侧进风口流量增加。从截面2的“叶轮进口速度”分析，也可以发现随着H1的增大，整机进流的速度逐渐减慢，而流量增加。以H1=24 mm、W=550 mm和H1=76 mm、W=550 mm对比为例，整机在截面2“叶轮进口速度”来观察进风速度，风速在H1=76 mm的时候低，整机流量高，整机的效率如表2所示也高3.4%。由此可见，在环吸板的板间距增加的时候，风机进风口进流的流速变化均匀，整机的局部冲击损失减少，流量增加，效率提升。观察图12、图13、图14，截面2所示的环吸板左右两侧“进风速度”。H1=5.5 mm，W=500 mm时，因为两侧进风间隙小，所以风速高，进风速度越高，出现图12截面2所示的拐弯涡流，因为拐弯涡流，使得原本偏窄的流道进一步减小。随着H1的尺寸增加，流道堵塞缓解。W不变，其本质是两侧流道长度的不变；H1变化，则环吸板的周围进风面积变化，引起了流量的变化，而内部流场的分布状态变化不大，风速大小受到影响。因此对比此仿真结果，可以得出以下结论：环吸板间隙的变动影响大，其尺寸对吸油烟机内部流场分布影响小，对流量影响大。2.2 环吸板实验结果取H1=24 mm、W=550 mm和H1=76 mm、W=550 mm的环吸结构进行测试，测试数据如表2所示。所示的实测数据与真实数据有差异，导致差异的原因是仿真模型的参数误差，实际测试装置数据误差组成，流体计算的数据误差小于6%，属于可以接受的范围16。因为仿真的模型数据逼近测试数据，并且增减的趋势相同，因此可以认为实验测试的数据验证了仿真模型的可靠性。后续的仿真数据都可以用于分析。表2 计算值与对应工况实测值对比环吸板尺寸（mm）实测流量Q（m3/min）计算流量Q（m3/min）效率（%）误差（%）24，55015.8616.4613.53.776，55016.717.616.95.9尽管环吸板长度对流量和内外部流场影响不大，但是吸油烟机吸烟效果要求吸风口离锅越近越好。而通常灶具的炉头之间的中心距离在400 mm500 mm之间，因此合适的环吸板宽在350 mm550 mm之间，根据恶劣条件下吸油烟效果实验对比来看，该范围内的吸烟效果是最好的。故而环吸板的建议尺寸建议350 mm550 mm。2.1节中分析了截面1“环吸板上侧进风口”和“环吸板下侧进风口”的流量，尽管随着H1增加下部流量增多，但是实际实验的时候发现，下部分的流量对吸烟效果影响不大，过大H1容易造成上侧流量减小，油烟容易从上侧逃逸，因此结合实际吸烟效果测试H1取40 mm70 mm比较合适。3 结论本文通过对吸油烟机整机在厨房中的流体仿真分析，可以来判断某近吸式吸油烟机环吸板变化对风机、对外部流场的影响。通过对比实验数据和仿真计算对比分析，可以得出以下结论：（1）仿真的数据逼近实际实验数据，但是依旧存在一定的误差，误差控制在6%以内；仿真数据和实验数据的趋势性相同，可以通过仿真来分析环吸板，并且对其进行优化。（2）通过分析，可以发现环吸板下侧进风会对风机进风口位置的流速造成影响，合适的下侧开口对于风机系统的效率会提高；当风机进口位置需要布置遮挡平板时，平板同风机之间的间隙分布对于多翼叶内部流道产生较大的影响，合适的距离能够有效改善风机的性能和流动；平板的尺寸改变能够影响风机流量的分配。图12 H1=5.5 mm，W=550 mm图13 H1=24 mm，W=550 mm图14 H1=76 mm，W=550 mm 1612023中国家电科技年会论文集（3）随着环吸板下侧间隙增加，流量增加，流量的增加量逐渐减小。（4）该品类的近吸式吸油烟机，如果同步考虑性能指标和吸油烟的效果，那么环吸板的尺寸控制在W=350 mm550 mm，H1=40 mm70 mm比较合适。参考文献1 何立博,余旭锋,胡承杰,等.吸油烟机外凸油网与内凹油网流场对比研究A/中国家用电器协会.2020 年中国家用电器技术大会论文集C.中国家用电器协会:电器杂志社,2020:1215-1220.2 吴勇,孟永哲,董晓赛,等.集烟腔结构对吸油烟机排烟效率影响的数值模拟研究A/2022年中国家用电器技术大会论文集C.中国家用电器协会:电器杂志社,2022:1465-1468.3 陈兆钦,孟永哲,王岩,等.吸油烟机油网进风面积及进风区域对风量噪声影响的研究A/2022年中国家用电器技术大会论文集C.中国家用电器协会:电器杂志社,2022:1512-1515.4 刘小民,王星,席光.厨房内吸油烟机射流气幕的参数化研究J.西安交通大学学报,2013,47(01):126-131.5 吴灵辉,何立博,郑聪,等.不同有效风量的吸油烟机外流场特性对比研究J.风机技术,2018,60(01):28-47.6 马晓阳,黄兴安,武传宇,等.吸油烟机用多叶离心通风机的数值模拟J.风机技术,2017(04):32-38.7 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