基于實(shí)驗(yàn)探究法的新式油煙機(jī)設(shè)計(jì)研究

林思明 黃紅梅 王順天 王沚 黃超 吳泰森

【摘要】：隨著生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品的使用要求越來越高，對(duì)產(chǎn)品的使用要求也從最基礎(chǔ)的能用上升到來舒適、美觀、效率高等，目前人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫挠蜔煓C(jī)存在在碰頭、吸煙效果差、噪聲大等一系列問題，為了能夠增加人們?cè)谑褂眉矣糜蜔煓C(jī)時(shí)的用戶體驗(yàn)，本研究將提出一種基于實(shí)驗(yàn)探究法的新式油煙機(jī)設(shè)計(jì)研究。本研究將通過市場(chǎng)調(diào)研、用戶體驗(yàn)、模型制造等方法進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，從而得到最終模型。

【關(guān)鍵詞】：油煙機(jī);實(shí)驗(yàn)探究法;碰頭;吸煙效果

一、探究背景

為了更好的滿足人們對(duì)于烹飪時(shí)煙量的吸收，對(duì)油煙機(jī)吸煙效率的要求也越來越高，針對(duì)于碰頭和吸煙效率問題，本研究提出了一種基于試驗(yàn)探究法的新式油煙機(jī)的設(shè)計(jì)方案，將使用可視化的數(shù)值模擬軟件和試驗(yàn)探究方法的結(jié)合進(jìn)行對(duì)新式油煙機(jī)的性能進(jìn)行論證，從而使本設(shè)計(jì)方案更具嚴(yán)謹(jǐn)性。

二、實(shí)驗(yàn)探究法

實(shí)驗(yàn)探究法最早應(yīng)用于自然科學(xué)領(lǐng)域，正是對(duì)實(shí)驗(yàn)探究法的采用，才使得自然科學(xué)的飛速發(fā)展。實(shí)驗(yàn)探究法是一種受控的研究方法，是通過一個(gè)或多個(gè)變量的變化來評(píng)估它其他變量產(chǎn)生的效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)探究的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)操作來進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究法設(shè)計(jì)的概念主要有：變量、前側(cè)和后側(cè)、配對(duì)和隨機(jī)化，在實(shí)驗(yàn)探究法中最為核心的方法是控制變量法。

三、設(shè)計(jì)過程

1、用戶分析

油煙機(jī)是人們生活中必不可少的家用電器之一，基本每天都要使用到油煙機(jī)。對(duì)目前市面上的油煙機(jī)進(jìn)行調(diào)研，可總結(jié)出現(xiàn)有油煙機(jī)的以下特點(diǎn)為：（1）、款式：目前市面上油煙機(jī)款式分為四種，分別是中式、歐式、側(cè)吸式、頂側(cè)雙吸式;（2）、改良方向：各品牌代表研發(fā)方向集中在在吸力和吸煙模式、可清潔性、控制交互方式等，以打造品牌亮點(diǎn);（3）、外觀：國(guó)內(nèi)市場(chǎng)吸油煙機(jī)銷售機(jī)型款式豐富性較為缺乏。為了能夠更加準(zhǔn)確和全面的了解用戶的評(píng)價(jià)和使用體驗(yàn)，我們使用問卷調(diào)查的方法進(jìn)行分析，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)油煙機(jī)存在有以下缺點(diǎn)：1、體積大、占空間;2、易碰頭、造成烹飪緊迫心理;3、造型單一、有必要突破傳統(tǒng)造型;4、用戶需求對(duì)吸油煙機(jī)發(fā)展需求;5、體積小、占用空間小、性能高。

2、模型建立與測(cè)試

2.1 產(chǎn)品概念雛形與模型搭建

本研究針對(duì)合作企業(yè)提出的設(shè)計(jì)概念原型，通過模型測(cè)試和流場(chǎng)分析進(jìn)行模型改進(jìn)，為了突破傳統(tǒng)油煙機(jī)的外觀，我們將油煙機(jī)的外觀設(shè)置為錐型，并且以四周吸油煙的形式進(jìn)行油煙的吸收。為了解決油煙機(jī)碰頭和吸力問題，增強(qiáng)用戶的使用體驗(yàn)，從而確定新式概念油煙機(jī)，其中改新式概念油煙機(jī)主要有以下特點(diǎn)：（1）、造型為錐型，避免碰頭，減少使用空間;（2）、進(jìn)氣口味四周進(jìn)氣。為了更好的測(cè)試，將對(duì)概念油煙機(jī)進(jìn)行搭建。

2.2模型測(cè)試

在模型測(cè)試時(shí)主要利用控制變量法對(duì)油煙機(jī)不同位置的進(jìn)風(fēng)口對(duì)吸力的影響進(jìn)行測(cè)試，主要擬四周進(jìn)氣模式，即上層進(jìn)煙、下層進(jìn)煙與兩側(cè)進(jìn)煙，以出風(fēng)位置為影響因素展開分組測(cè)試，探究四周進(jìn)氣模式的可用性，在測(cè)試中錐形原型機(jī)模型放置于正常吸油煙機(jī)安裝高度，煙餅放置于正常灶臺(tái)高度，且錐形原型機(jī)模型與煙餅水平距離為40cm，垂直距離為50cm，以達(dá)到模擬發(fā)煙的效果，如圖1所示。

圖1 封閉不同進(jìn)風(fēng)口的吸煙實(shí)驗(yàn)

通過測(cè)試，我們得到第一組錐形原型機(jī)平均出風(fēng)量達(dá)13.58m3/min，第二組上層封口時(shí)，部分油煙無(wú)法很好被吸凈，出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，而第三組平均出風(fēng)量相比原型機(jī)降至12.37 m3/min，第四組測(cè)試結(jié)果與第一組測(cè)試結(jié)果相差不大的結(jié)果。

2.3、流場(chǎng)分析

為了能夠更加全面的了解油煙機(jī)工作時(shí)的吸煙狀態(tài)，我們將使用ANSYS Fluent流體計(jì)算平臺(tái)模擬計(jì)算油煙機(jī)的工作環(huán)境和計(jì)算油煙的流動(dòng)狀態(tài)。

本測(cè)試以原型機(jī)為主要對(duì)象，對(duì)原型機(jī)進(jìn)行四組溫度變化測(cè)試，通過溫度云圖分析原型機(jī)的溫度流場(chǎng)特征，其中測(cè)試時(shí)灶頭流出的氣體溫度為330K，周圍空氣溫度為280K，灶頭氣流初始速度分別為0.5m/s、1m/s 、1.5m/s、2.0m/s，油煙機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為125.7rad/s，測(cè)試得到的結(jié)果為當(dāng)氣流初始速度為0.5 m/s時(shí)，原型機(jī)下層開口為主要進(jìn)煙口，而當(dāng)氣流初始速度逐漸升高至2.0m/s時(shí)，出現(xiàn)部分油煙逃逸的現(xiàn)象。

2.4、總結(jié)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值模擬結(jié)果，可初步得出以下結(jié)論：

（1）錐形原型機(jī)的進(jìn)煙口初始方案，即上層開口，下層開口和兩側(cè)開口，無(wú)法很好達(dá)到良好的吸煙效果;

（2）保留下層進(jìn)煙口，對(duì)錐形原型機(jī)進(jìn)行進(jìn)煙口改良設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良吸煙效果。

四、最終方案輸出

結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)錐形原型機(jī)進(jìn)行在設(shè)計(jì)，從而得到最終模型，最終模型主要保留了上、下進(jìn)風(fēng)口，舍棄了兩側(cè)的進(jìn)風(fēng)口，并且在頂部增加了攏煙板，如圖2所示。

五、結(jié)論

該款油煙機(jī)在造型上打破了傳統(tǒng)油煙機(jī)的固定外型，相對(duì)于市面上的油煙機(jī)，這款油煙機(jī)不僅吸力效果更好，而且解決了碰頭的問題，并且節(jié)省了油煙機(jī)的占有空間，在視覺上給人的感覺更加美觀。與新式油煙機(jī)的設(shè)計(jì)研究為實(shí)例，將實(shí)驗(yàn)探究法應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，將使產(chǎn)品的性能更好的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭君，趙琪，張志民，秦曉輝.吸油煙機(jī)氣動(dòng)噪聲降噪的仿真分析[J].噪聲與振動(dòng)控制，2020，40（03）：225-228+239.

[2]王小林， 降噪效果好的油煙機(jī). 浙江省，浙江松科電器有限公司，2019-12-07.

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 528200