吸油烟机拢烟板形态对负压区影响的探讨

黄志宏 周骏尧

（广东万和新电气股份有限公司 佛山 528300）

引言

吸油烟机作为外排烹饪有害气体的厨房器具，近年来，其排烟能力越来越受到消费者关注。吸油烟机工作原理为：安装在蜗壳内的电动机带动离心叶轮转动，使气体沿蜗壳壁面流动，与此同时在蜗壳进风口前方会形成负压区域，使烹饪产生的烟气被源源不断吸入蜗壳内部，最后排到室外。各大企业除了进一步提升排风系统性能外，常在蜗壳前方区域增加拢烟板，从而改变进风区域的形态，部分烟机还设计有左右翼板，其作用是使进风区域减少，减少进风口的体积，实现提高进风速度，并且拢烟板也能把油烟引导到进风口前负压区域，从而减少或避免油烟逃逸。

扰烟板的大小、安装位置、开合角度等形态都会对吸油烟机的负压区产生影响，如拢烟板打开的角度过小，会导致烟机投影面积过小，拢烟板没有起到引导油烟的作用；如拢烟板打开角度过大，会导致负压区域过大，进风口流速下降，影响吸烟效果。因此本文基于某型号吸油烟机探究不同拢烟板形态对负压区及吸烟效果的影响。

1 整机性能

吸油烟机一般安装在厨房燃气灶具上方，把吸入的烟气经过止回阀、铝箔烟管、公共烟道等最后外排到室外，这都会造成外排阻力。为了定性研究该型号吸油烟机在不同形态下拢烟板的负压区域及流速分布，首先以实验手段，按照GB/T 17713-2022 标准中的空气性能实验方法，得到吸油烟机的风压-风量特性曲线。实验设备包括有稳压电源、风量测试仪等，其中风量检测设备连接有电脑显示器、风室、压差流量计、可变排气系统等。在规定的测试条件下，通过风室内孔板变化，选择测试16个工况点对应的静压、风量及其对应的出风口平均速度，如图1所示。

图1 风量-压力特性曲线

根据上面的风量数据，计算出每个工况点的平均速度，如表1。

表1 各个工况点参数

2 理论方程

本文所研究的吸油烟机拢烟板前负压区，因烟气在整个吸油烟机流动速度较低，认为不可压缩气体，流场连续方程及动量方程（N-S）：

采用标准的k-ε湍流模型：

其中涡粘性系数用μt表示：

式中：

xi和xj—i和j方向的坐标；

ui和uj—瞬时速度，m/s；

t—时间，s；

p—静压，Pa；

ρ—密度，kg/m³；

gi—单位质量的重力，m/s²；

ε—耗散；

μ—动力粘度系数，Pa·s；

Gk—因平均速度梯度而产生湍流动能生成项，J。

3 数值模拟

3.1 模型建立与网格划分

此型号吸油烟机包括有电机、叶轮、导风圈、蜗壳、壳体，其中壳体由钣金加工成腔体，然后通过铆接或焊接等工艺把蜗壳钣金拼接而成，所以对安装缝隙和对流场影响不大的缝隙进行简化。在壳体前面的拢烟板打开角度分别设置20 °，23 °，26 °，29 °，32 °建立三维系统模型。

3.2 边界条件

本文选用边界条件类型：环境温度15 ℃，进口与出口的压力为0 Pa、压力出口边界调节为计算域壁面，按实际测试得到的风压-风量特性曲线的参数，设置fan参数。

因仿真过程不考虑热交换，湍流耗散项、湍流动能和动量方程的离散均采用二阶迎风格式。在仿真软件中同时监控了迭代残差、关键截面的压力、轴向设置的速度等。当观察迭代残差降低趋势情况，同时监视的风机出口的流出空气质量变化量少于0.5 %时，则认为收敛，计算结束。

4 仿真结果分析

图2、图3分别是无左右翼板与有左右翼板的等值压强云图，为进一步观察，在进风口前的负压区域每隔1 Pa设置等值线并以不同颜色显示。随着空气越靠近蜗壳进风口，负压强及流速也逐渐增大，空气最终穿过油网进入蜗壳内。对比上图发现，有左右翼板的油烟机周侧吸风速度明显高于无两侧翼板的，而且对比图2与图3的-1 Pa等值线，图3等值线明显往下移动形成弧形，表明负压区域更大，流速加快，更有利油烟吸入；在拢烟板左右两侧的位置，有左右翼板的负压数值达到-1.8 Pa，而无翼板仅为-1.2 Pa，其原因是拢烟板的左右翼板能有效分隔空间，减少进风口前方的体积，从而形成负压较大、较强的区域，增强排烟效果。

图2 无左右翼板的压强云图

图3 有左右翼板的压强云图

图4 不同角度拢烟板的速度云图

为进一步研究拢烟板的形态对吸油烟机进风口区域特性，研究拢烟板打开角度对负压区影响，把拢烟板打开角度分别设置为20 °，23 °，26 °，29 °，32 °，由上文可知，在进风口前方负压区域平行于XY的各截面相同，所以Z=0处截取拢烟板不同打开角度的速度云图，烹饪产生的烟气由烟机底部升腾至烟机进风口区域，在离心风机作用下，流速越来越大，云图的颜色也越深。随着拢烟板的角度不断增大，速度为2 m/s的区域也不断往上移动，由于离心风机的性能及油网的阻力不变，拢烟板的角度变大也使进风口区域的体积也不断增加，所以造成速度为2 m/s的边界往上移。当拢烟板打开角度为29 °及30 °，可观察到2 m/s的边界线开始与拢烟板分离，因此可得到拢烟板打开角度大于29 °后，拢烟板逐渐失去对进风口区域的速度2 m/s边界控制形状变化的能力，也意味随着拢烟板角度的增大，进风口区域的速度云图将不会有明显的变化。因此可得到29 °是此型号吸油烟机拢烟板的临界角度。

5 结论

本文采用实验和数值模拟相结合的研究方法，对某型号的吸油烟机对比有无左右翼板和不同打开角度的拢烟板进行数值模拟，重点分析油烟机前进风口的等压面及流速等参数，揭示了不同形态的拢烟板对吸油烟机在烹饪过程中产生油烟控制机理，获得结论如下：

1）因吸油烟机实际的安装使用环境有差异，会存在不同的阻力，例如止回阀、烟管、楼层的公共烟道都会影响出口背压，因此必须从实验得到该型号吸油烟机性能特征数值，然后设置不同形态的拢烟板进行数值模拟，确保计算仿真的有效性。

2）拢烟板的左右翼板能使拢烟板下区域的气流速度增大，有效加大油烟的控制区域，减少油烟逃逸。

3）随着拢烟板的角度不断增大，负压区域及流入速度会逐渐减少，当拢烟板打开到一定角度时，进风口区域的流速变化逐渐缓慢，拢烟板的打开角度会存在一个临界值，即使增大角度，该进风区的负压及流速不会有明显变化。科学合理的模拟计算可以避免重复验证测试，为研发人员在吸油烟机拢烟板设计及吸烟效果改善提供可量化的参考。