研究廚房內(nèi)吸油煙機(jī)射流氣幕的參數(shù)化

王梅

摘要：對于廚房內(nèi)的吸油煙機(jī)產(chǎn)生的射流氣幕以及整流板進(jìn)行試驗(yàn)，獲取的相關(guān)的參數(shù)，包括了整流板面積、射流孔的寬度、射流角度、射流速度等等，通過對上述參數(shù)進(jìn)行研究，能夠在設(shè)計的時候充分考慮吸油煙機(jī)對廚房環(huán)境的影響，以及進(jìn)行油煙的有效控制，如何防止熱空氣逃逸。經(jīng)過驗(yàn)證，吸油煙機(jī)在廚房內(nèi)的溫度和油煙濃度上起到重要的作用。

關(guān)鍵詞：吸油煙機(jī)；射流氣幕；參數(shù)研究

人們生活質(zhì)量不斷提高，對于房屋內(nèi)的環(huán)境的舒適度的要求也越來越強(qiáng)烈，尤其是廚房的環(huán)境，不僅關(guān)系到人們的生活水平，也關(guān)系到人體的健康。因此，對于長時間進(jìn)行烹飪操作的時候，人體受到來自廚房內(nèi)設(shè)備的輻射、影響，以及人體長時間暴露在烹飪環(huán)境后受到的損害等，要加以深入的研究。吸油煙機(jī)這一重要廚房設(shè)備，能否減少吸油煙污染，高效地排除油煙，需要通過不斷改善廚房內(nèi)的熱環(huán)境，同時優(yōu)化吸油煙機(jī)的性能，才能達(dá)到目標(biāo)。對于吸油煙機(jī)的工作原理，要研究的參數(shù)眾多。對上述物質(zhì)進(jìn)行分析，可以采用試驗(yàn)的方法得到相關(guān)的數(shù)值，幫助人們了解廚房烹飪過程中產(chǎn)生的油煙微粒的濃度的不均勻與污染物濃度的關(guān)系。

1.吸油煙機(jī)-廚房數(shù)值計算模型

人們研究吸油煙機(jī)的安裝高度，油煙控制效果等，目的是研究吸油煙機(jī)的最大的有利于人體健康和舒適度的功能發(fā)揮特點(diǎn)。研究表明，距離污染源越近，吸油煙機(jī)的清除油煙的效果就越好。人體身高所限，吸油煙機(jī)的高度不能過低，但是當(dāng)前普遍采用的吸油煙機(jī)的安裝高度，人體在吸油煙機(jī)面前，不可避免的會無法控制油煙的逃逸，也無法更好地清除油煙。

因此，要在傳統(tǒng)的吸油煙機(jī)的設(shè)計中，加入射流氣幕的研究，包括固定吸氣流量，吸油煙機(jī)氣幕式設(shè)計等等，模擬人體面部呼吸的功能，采用固定流量的傳統(tǒng)式吸油煙機(jī)與新興的擋簾氣幕式吸油煙機(jī)進(jìn)行對比，通過試驗(yàn)加以分析和總結(jié)，采用回歸分析法，將吸油煙機(jī)的氣幕的吸入速度、臨界射流等加以論證，獲得有效的數(shù)據(jù)，用于設(shè)計作為參考，以完成對廚房內(nèi)的吸油煙機(jī)氣幕設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化工作。

在烹飪過程中，氣幕式油煙機(jī)能夠?qū)Ω邷責(zé)峥諝庾韵孪蛏系恼趄v進(jìn)行阻擋，防止油煙的逃逸，主要方式就是通過射流氣幕，進(jìn)行熱空氣的阻擋，這時候廚房內(nèi)的人體面部和吸油煙機(jī)的安裝高度是相當(dāng)?shù)摹饽皇轿蜔煓C(jī)能夠感知油煙的溫度和濃度，改變廚房內(nèi)的空氣運(yùn)動狀態(tài)。

通過對氣幕式油煙機(jī)的油煙濃度加以控制，考慮到廚房內(nèi)油煙的濃度和溫度的影響力，出于改善廚房環(huán)境的目的，研究吸油煙機(jī)的流量、氣幕射流的速度、角度、射流孔的寬度等，最終獲得了吸油煙機(jī)的最佳設(shè)計方案，能夠起到控制廚房油煙和溫度的作用。

建立密閉式廚房的模型，內(nèi)含吸油煙機(jī)、灶臺、房門、炊具等，對射流氣幕參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，充分考慮其對廚房環(huán)境的影響，建立吸油煙機(jī)外形結(jié)構(gòu)模型，兩個圓柱體表示廚房的炊具，柱體的高度和半徑參照實(shí)際的炊具。

從上圖看到，為了改進(jìn)吸油煙機(jī)的控制能力，在集煙罩的下表面的兩側(cè)和前端引入縫隙式的射流孔，在主進(jìn)風(fēng)口裝有整流板，煙氣可以沿著吸油煙機(jī)下表面形成的裂縫和整流板，被吸進(jìn)吸油煙機(jī)的內(nèi)部。

對于廚房內(nèi)的運(yùn)動介質(zhì)，包括煎炒烹炸等操作，產(chǎn)生的油煙和空氣，產(chǎn)生的狀態(tài)具有差異，對差異的奧查主要看熱空氣和油煙的兩相流運(yùn)。經(jīng)過對廚房內(nèi)的結(jié)構(gòu)的研究，由于烹飪的油煙的組成主要是細(xì)小的水霧，因此，應(yīng)進(jìn)行非均勻粒子兩相流模型的分析，采用軟件，將熱空氣和油煙之間的熱量、動量等加以交換，運(yùn)用到的動量方程、連續(xù)方程和能量方程表達(dá)式如下：

經(jīng)過結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分，吸油煙機(jī)中的廚房計算模型流動區(qū)域被進(jìn)行了詳細(xì)的處理，包括廚房空間、射流孔的精度計算，詳細(xì)的流動細(xì)節(jié)等等。

采用有限容積的方法，對空間的離散流動加以控制，采用二階段中心拆分各式，對流項(xiàng)的守恒部分進(jìn)行方程的求解，得到了求解變量的最大殘差。

對于邊界條件，在吸油煙機(jī)預(yù)廚房的模型中，設(shè)置了進(jìn)口的壓力邊界條件，給予氣幕射流孔的方向和定速度，廚房的出口邊界條件，流量的大小根據(jù)試驗(yàn)，確定了吸油煙機(jī)的流量，在廚房的內(nèi)墻壁、櫥柜以及吸油煙機(jī)的外表面均設(shè)定了無滑移的邊界條件和絕熱條件。

根據(jù)烹飪的狀態(tài)，將模型內(nèi)的油鍋視為油煙的主要熱源和釋放源，將水加入后，熱油中產(chǎn)生了白色的霧氣，顯示出油煙的運(yùn)動狀態(tài)：水分在270度高溫狀態(tài)下，急劇膨脹，冷凝成白色霧氣，對之經(jīng)過測量，得到了實(shí)際的煎炸的溫度。

實(shí)驗(yàn)中采用測量的方法，對吸油煙機(jī)的原型以及廚房內(nèi)的油煙分布進(jìn)行額有效性的觀測，采用數(shù)值模擬方法，對于廚房環(huán)境進(jìn)行了模擬和計算。

2.正交試驗(yàn)設(shè)計

經(jīng)過對吸油煙機(jī)的性能和廚房內(nèi)的環(huán)境的選擇和設(shè)計，在正交實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行了氣幕射流參數(shù)的獲取，分別設(shè)定為氣幕射流角度、射流速度、射流孔寬度等。通過整流板的面積的調(diào)整，將進(jìn)氣口的氣流流動狀態(tài)加以改變，得到了吸油煙機(jī)的風(fēng)量范圍，得到了不同檔位的吸油煙機(jī)的風(fēng)量。

3.結(jié)果與分析

經(jīng)過采用數(shù)值模擬的方法，通過正交試驗(yàn)，對廚房內(nèi)的面部位置感受到的油煙濃度和溫度等進(jìn)行了指標(biāo)的測量和評價，結(jié)論是，廚房內(nèi)的濃度和溫度與人體的舒適度有直接的關(guān)系，因此吸油煙機(jī)的油煙清除能力和灶臺附近的溫度的控制效果，主要是受到吸油煙機(jī)的性能的影響的，對于吸油煙機(jī)來說，防止油煙污染物外逸、得到出氣幕式吸油煙機(jī)的最佳參數(shù)，是需要解決的關(guān)鍵性問題。

4.結(jié)語

本文對吸油煙機(jī)在內(nèi)的廚房空間進(jìn)行了建模，研究了氣幕式抽油煙機(jī)的氣幕射流參數(shù)、整流板的設(shè)計參數(shù)，通過正交試驗(yàn)的數(shù)值模擬的方法，證實(shí)了吸油煙機(jī)的風(fēng)量、整流板面積等對于廚房內(nèi)的人體感知的影響力，得到了氣幕式吸油煙機(jī)的設(shè)計參數(shù)對廚房內(nèi)環(huán)境進(jìn)行影響的依次部位，風(fēng)量-整流板面積-射孔寬度-速度-角度。

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