廚房油煙在自由擴散下的實驗研究

王夢偉

(四川大學建筑與環境學院, 四川成都 610065)

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廚房油煙在自由擴散下的實驗研究

王夢偉

(四川大學建筑與環境學院, 四川成都 610065)

【摘要】廚房，特別是公共廚房,是賓館、飯店以及工廠機關學校食堂必備的重要房間，排油煙技術對它的使用功能影響很大。文中通過實驗測試，研究烹飪熱射流在自由擴散下油煙擴散的特點，并分析其特征參數，得出熱射流的軸心速度公式，為研究廚房通風設計提供了一定的依據。

【關鍵詞】烹飪；熱射流；自由擴散；特征；參數；軸心速度

廚房，特別是公共廚房，是賓館、飯店以及工廠機關學校食堂必備的重要房間，排油煙技術對它的使用功能影響很大。我國在2001年頒布了GB18483-2001《飲食業油煙排放標準(試行)》，為治理油煙提供了法律依據，使城市中飲食業油煙污染問題得到了有效的控制。但在運行實際中，仍存在部分油煙凈化設備由于設計不合理或管理不善，凈化效率沒有達到預想的效果。

因此，迫切需要研究油煙氣的運動規律，參考此規律，研制出高效、節能、安全、實用的公共廚房排油煙設備，以防止公共建筑內空氣污染, 提高建筑的使用功能質量是非常重要而迫切的任務。

1烹飪熱射流的理論分析

本研究采用趙鴻佐《室內熱對流與通風》第二章浮力羽流進行理論分析。

將油煙的出口類比作面熱源，面熱源表面空氣被加熱向上浮力，同時在水平方向的負壓力梯度驅使周圍空氣沿熱源表面流向中心并使邊界層厚度由外向內逐漸增大，并在板的中部由于向上浮力誘發的重力不穩定而發生邊界層分離形成紊亂的向上羽流運動。面熱源在其表面軸線上的氣流初速為0，并隨著流程的增大而逐漸加速到某一最大值后再逐漸降低。

將油煙的出口類比作面熱源，圓形平面熱源是軸對稱問題，可將圓板上的每一個微元面積視同一個點熱源，則有

(1)

任一微分熱源上浮力羽流在主軸上的速度的三次方

du3=df(Q0,Z)

(2)

(3)

式中： Q0為熱源負荷量(kW)；Z為距熱源的高度(m)；uZ為各斷面的軸心速度(m/s)。

由以上公式可以看出，熱射流斷面的軸心速度隨著距熱源高度的增加呈現出先增大后減小的趨勢。而在軸心速度達到最大的時候，其所在截面的直徑與熱源直徑存在一定聯系。

2烹飪熱射流的試驗研究

2.1研究內容

在此試驗研究中，進行了溫度和空氣流速的測量，描繪在實驗室環境中典型液化石油氣灶炒鍋的熱射流。熱射流氣流組織擴散見圖1。

圖1　熱射流氣流組織擴散示意

2.2試驗裝置及儀器

根據廚房烹飪使用情況，熱源鍋型選用了一個3.6kW的液化石油氣灶、一個口徑為28cm，一口徑為40cm的砂鍋，深50cm的平底深鍋,使用液化石油汽為燃料。輔助裝置設有移動測量支架兩根、徑向定點鐵絲一根、烹飪操作試驗臺一個(熱源高度可調)。由于油煙氣熱射流擴散與水蒸氣的熱射流擴散極為相似，本實驗研究中用水蒸氣的擴散模擬油煙的擴散。

2.3試驗方案

為了測試烹飪熱射流的擴散流動規律，本試驗通過液化石油氣燃氣爐加熱圓底炒鍋進行兩個試驗方案，即兩組相對穩定的試驗。每組試驗的測量順序均為：從0.90m斷面依次測到1.85m斷面為第一次(從下至上)，從1.85m斷面依次測到0.90m斷面為第二次(從上至下)，每個斷面上的各個布點是從左往右測。將測得烹飪熱射流的數據進行整理，每組數據中求得兩次實驗的平均值作為該組的實驗值。

2.4試驗結果分析

選用3.6kW燃氣爐進行烹飪熱射流。由實驗測得各斷面速度分布，找到各斷面的最大速度作為次斷面的初步軸心速度，求得每個實驗(分別對每個實驗進行斷面速度測量從上往下和從下往上兩次分實驗，求各斷面平均值，以減小系統誤差)各個斷面初步軸心速度的平均值作為該斷面的軸心速度，最后各斷面軸心速度的平均值作為實驗最終軸心速度，各實驗各斷面的軸心速度列于表1、表2。

對各實驗各斷面軸心速度的理論分布，采用自由熱射流軸心速度的經驗公式[2]：

(4)

表1、表2為經驗數據與實驗數據的對比。

表1　實驗一

(注：1cal=4.185J)

表2　實驗二

(注：1cal=4.185J)

通過以上數據擬合出實驗值與理論值的線性關系(圖2)。

圖2　烹飪熱射流軸心速度實驗值與理論值的關系曲線

(5)

式中:vm為自由熱射流的軸心速度(m/s)；Q為熱源的對流散熱量(kJ/h)；h為距離熱源頂面的高度(m)。

這里將本實驗熱射流軸心速度的擬合公式與端木琳實驗數據進行對比，將相應條件代入對應公式，所得各斷面軸心速度相對應的曲線見圖3。

圖3　各斷面軸心速度的實驗值和文獻值的對比

由圖3可知，在接近熱源表面時，擬合值與端木琳實驗值有偏差，但隨著高度的增加，距熱源越遠，擬合值和端木琳實驗值趨向一致，這說明該修正公式具有較好的可靠性。

5結論

本文研究了在自然條件下的油煙擴散情況及烹飪熱射流的擴散影響因素，主要研究工作及結論如下。

(1)從理論上分析了油煙擴散特性及自由擴散下熱射流的軸心速度的分布情況。

(2)通過試驗方法系統研究了油煙的軸心速度分布規律，并提出軸心速度的計算公式，為研究廚房通風設計提供了一定的依據。

參考文獻

[1]GB18483-2001 飲食業油煙排放標準[S].

[2]端木琳,林豹，姜麗華，等.公共廚房排油煙裝置的性能與評價[J].沈陽建筑工程學院學報，1996,12(4)：386-390.

[3]王靜.杭州市空氣中污染源及歸宿研究[D].杭州：浙江大學，2004.

[4]趙鴻佐.室內熱對流與通風[J].暖通空調, 2010(6).

【文獻標志碼】A

【中圖分類號】X701

[作者簡介]王夢偉(1991～)，女，在讀碩士。

[定稿日期]2015-11-09