一款优秀空气净化器风道的选择

杨威 蔺勇智

绪论：

众所周知，在当今工业高速发展和人口空前庞大的时代，传统的花粉，细小灰尘及人为污染物无处不在，而人的健康意识越来越强烈，越来越多的人开始使用空气净化器，其有效的去除装修有害气体（甲醛/甲苯等），拦截或尘降花粉，灰尘，细菌，极大的保护了使用者的健康，使用家用空气净化器是公认的改善室内空气质量的方法。

过滤式空气净化器的主要元件就是风道风机系统/滤网，如何发挥出风机最大的本领靠得就是风道设计，不好的风道结构，会导致空气流通不畅，降低了风机效能，使得净化效率低下，在以往的设计中发现许多风道设计不良的空气净化器的风机效能效率仅能达到50%甚至更低。

空气净化器的原理是风机运转，将机械外的空气通过进风口带动到机械内，经过一定的风道，流动的脏空气通过滤网后变成干净的空气通过出风口送到机械外面周围的空间。故空气净化器的设计有几个原则和平衡点。空气净化器的出风量大，必须风机产生的风量大，然后风机通过滤网，风道等机械内部时风量损失的少。故在风机确定的状况下，风机搅动空气的能力就已确定，只有想办法减少空气在流动中的损失。

我们必须想办法减少风量的损失。原则上讲：

净化器的进风口必须尽可能的大，360环形进风肯定比单面进风的效率高。

出风口越大，风机的风量损失的越小。

风的流动的过程中，尽量的减少阻力，风阻越小，风量越大。

所以进风/出风/腔体就构成了净化器最为关键的风道系统，而家居空气净化器也需结合实用摆设，美观性来选择与设计，很多的消费者会将设备置放在不阻碍人活动的角落位置，或靠墙摆放，风机进风也有其特殊性和局限性，所以全角度进风的可能性较低调研市场主流空气净化器有多种风道形式单面进风，顶出风：是指将滤网置放在机器前门或者后面，使机器最大面积的一个面单向进风，市场上有无限极KJ550F-QJ0401A，W600，Alen F700，SK300（后门进风），机器在后门进风属于较早的产品，因为进风是需要有网孔的，如果将其置于正面不适合美观，所以正面一般为固定的完整的一个面，并且利于摆放LOGO，做造型，将实用性的进风置放在后方，但是实际使用中大多用户喜欢靠墙摆放，这样就减少了空气循环和过滤能力，这样的净化器很多客服都会提醒用户在使用中要与墙保持距离，经过发展，新的设计就将进风移到前门，并且将前门两侧开孔，使其能将左右的污染空气都吸入机器净化，增加了有效的空气过滤能力。单进风/顶出风结构因为风轮也是单向进风风叶，相对薄并且叶轮竖置，易于动平衡，所以机型可以获得较薄的形态。

底进风，顶出风：这种型式基本是将风机水平放置，一般滤网放置在底部，用轴流风机或后向离心风机吸风，再向上吹出风，市场上有352 X83（采用后向离心风机），Blueair BLUBLU（采用轴流风机），相对而言属于简单粗爆型，风量损失和紊流现像相对严重些，但是滤网可以做成四面进风，进风面积可以充份利用到。

双进风，顶出风：这种型式是采用双进风风轮，并用渐开线蜗壳封装，其左右两侧都能进风，利用率高，进风量大，像米家空气净化器MAX和AirX A8，两款机器噪音都基本在65dBa左右的最高档，米家利用H11等级的滤纸，颗粒CADR甚至达到了接近1000m^3/h，而Airx A8 则用夹碳布使用其颗粒CADR达到800 m^3/h，甲醛CADR超过400 m^3/h，综合性能优异。

选型与设计方案

空气是流体的一种，在流体力学中流体具有一些主要的物理性质：气体能充满任意形状的容器，无一定的体积；惯性一切物质都具有质量，流体也不例外，质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大；流体压缩性，作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。粘度粘性，即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。如何何让气体最大程度的顺畅从风道中通过，是设计的重点。

进过一系列的对比，选择双进风，顶出风，渐开线蜗壳风道做为首选设计方案，选择芝浦SIC-49CVL-F138-2和240*110mm双向进风风轮，

由设计工程师按经验绘制渐开线风道及安装结构，最终形成适应的蜗壳。为验证设计合理性，根据流体力学理论，采用仿真软件进行模拟分析，以期得出最佳蝸壳设计：

1.将条件设定为 风扇转速：1200rpm /系统风量：800m3/h /系统阻力：240Pa

2.经系统分析得出在上述条件下，静压234.6Pa，轴功率为106.5W，静压效率为48.95%，设计方案基本正确，但是叶轮叶道内存在一些吸力面分离，流道堵塞，叶轮做功能力受到影响。

3.将叶轮切角和风道出风口做修正，蜗壳出口流场有所改善，风道系统速度梯度有所提升，在同等条件下，静压246.64Pa，轴功率为108.11W，静压效率为50.7%，即静压提升 12Pa，静压效率提升 1.75%

4.通过系列的优化设计将双进风风道做改善，设计工程师将最终的3D设计图制作完成，相信新的风道选择将为新的空气净化器产品带来质量的提升。

参考文献：

[1]毛根海，邵卫云，张燕。应用流体力学：高等教育出版社

[2]张兆顺，崔桂香。流体力学：清华大学出版社