基于实验探究法的新式油烟机设计研究

林思明 黄红梅 王顺天 王沚 黄超 吴泰森

【摘要】：随着生活水平的提高，人们对产品的使用要求越来越高，对产品的使用要求也从最基础的能用上升到来舒适、美观、效率高等，目前人们日常生活中使用的油烟机存在在碰头、吸烟效果差、噪声大等一系列问题，为了能够增加人们在使用家用油烟机时的用户体验，本研究将提出一种基于实验探究法的新式油烟机设计研究。本研究将通过市场调研、用户体验、模型制造等方法进行测试和验证，从而得到最终模型。

【关键词】：油烟机;实验探究法;碰头;吸烟效果

一、探究背景

为了更好的满足人们对于烹饪时烟量的吸收，对油烟机吸烟效率的要求也越来越高，针对于碰头和吸烟效率问题，本研究提出了一种基于试验探究法的新式油烟机的设计方案，将使用可视化的数值模拟软件和试验探究方法的结合进行对新式油烟机的性能进行论证，从而使本设计方案更具严谨性。

二、实验探究法

实验探究法最早应用于自然科学领域，正是对实验探究法的采用，才使得自然科学的飞速发展。实验探究法是一种受控的研究方法，是通过一个或多个变量的变化来评估它其他变量产生的效应，实验探究的主要目的是通过实验操作来进行检验，实验探究法设计的概念主要有：变量、前侧和后侧、配对和随机化，在实验探究法中最为核心的方法是控制变量法。

三、设计过程

1、用户分析

油烟机是人们生活中必不可少的家用电器之一，基本每天都要使用到油烟机。对目前市面上的油烟机进行调研，可总结出现有油烟机的以下特点为：（1）、款式：目前市面上油烟机款式分为四种，分别是中式、欧式、侧吸式、顶侧双吸式;（2）、改良方向：各品牌代表研发方向集中在在吸力和吸烟模式、可清洁性、控制交互方式等，以打造品牌亮点;（3）、外观：国内市场吸油烟机销售机型款式丰富性较为缺乏。为了能够更加准确和全面的了解用户的评价和使用体验，我们使用问卷调查的方法进行分析，通过调查发现油烟机存在有以下缺点：1、体积大、占空間;2、易碰头、造成烹饪紧迫心理;3、造型单一、有必要突破传统造型;4、用户需求对吸油烟机发展需求;5、体积小、占用空间小、性能高。

2、模型建立与测试

2.1 产品概念雏形与模型搭建

本研究针对合作企业提出的设计概念原型，通过模型测试和流场分析进行模型改进，为了突破传统油烟机的外观，我们将油烟机的外观设置为锥型，并且以四周吸油烟的形式进行油烟的吸收。为了解决油烟机碰头和吸力问题，增强用户的使用体验，从而确定新式概念油烟机，其中改新式概念油烟机主要有以下特点：（1）、造型为锥型，避免碰头，减少使用空间;（2）、进气口味四周进气。为了更好的测试，将对概念油烟机进行搭建。

2.2模型测试

在模型测试时主要利用控制变量法对油烟机不同位置的进风口对吸力的影响进行测试，主要拟四周进气模式，即上层进烟、下层进烟与两侧进烟，以出风位置为影响因素展开分组测试，探究四周进气模式的可用性，在测试中锥形原型机模型放置于正常吸油烟机安装高度，烟饼放置于正常灶台高度，且锥形原型机模型与烟饼水平距离为40cm，垂直距离为50cm，以达到模拟发烟的效果，如图1所示。

图1 封闭不同进风口的吸烟实验

通过测试，我们得到第一组锥形原型机平均出风量达13.58m³/min，第二组上层封口时，部分油烟无法很好被吸净，出现逃逸现象，而第三组平均出风量相比原型机降至12.37 m3/min，第四组测试结果与第一组测试结果相差不大的结果。

2.3、流场分析

为了能够更加全面的了解油烟机工作时的吸烟状态，我们将使用ANSYS Fluent流体计算平台模拟计算油烟机的工作环境和计算油烟的流动状态。

本测试以原型机为主要对象，对原型机进行四组温度变化测试，通过温度云图分析原型机的温度流场特征，其中测试时灶头流出的气体温度为330K，周围空气温度为280K，灶头气流初始速度分别为0.5m/s、1m/s 、1.5m/s、2.0m/s，油烟机转速设置为125.7rad/s，测试得到的结果为当气流初始速度为0.5 m/s时，原型机下层开口为主要进烟口，而当气流初始速度逐渐升高至2.0m/s时，出现部分油烟逃逸的现象。

2.4、总结

结合实验测试与数值模拟结果，可初步得出以下结论：

（1）锥形原型机的进烟口初始方案，即上层开口，下层开口和两侧开口，无法很好达到良好的吸烟效果;

（2）保留下层进烟口，对锥形原型机进行进烟口改良设计，以实现更优良吸烟效果。

四、最终方案输出

结合实验分析和数值模拟结果，对锥形原型机进行在设计，从而得到最终模型，最终模型主要保留了上、下进风口，舍弃了两侧的进风口，并且在顶部增加了拢烟板，如图2所示。

五、结论

该款油烟机在造型上打破了传统油烟机的固定外型，相对于市面上的油烟机，这款油烟机不仅吸力效果更好，而且解决了碰头的问题，并且节省了油烟机的占有空间，在视觉上给人的感觉更加美观。与新式油烟机的设计研究为实例，将实验探究法应用于设计中，将使产品的性能更好的体现。

参考文献

[1]郭君，赵琪，张志民，秦晓辉.吸油烟机气动噪声降噪的仿真分析[J].噪声与振动控制，2020，40（03）：225-228+239.

[2]王小林， 降噪效果好的油烟机. 浙江省，浙江松科电器有限公司，2019-12-07.

佛山科学技术学院 528200