廚房排氣灶臺氣流模擬及分析

李方方

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活方式已經(jīng)發(fā)生了改變，城市人群大部分時間在室內(nèi)度過。同時人們對居住環(huán)境要求也越來越高。提高人們的居住品質(zhì)，使人們在室內(nèi)可以達到較高舒適度，是每一個人居環(huán)境工作者努力的目標(biāo)。而廚房是人們生活的重要空間，同時也是民用建筑物室內(nèi)最主要污染源聚集地。為了了解廚房污染源的擴散特性，必須掌握廚房室內(nèi)的氣流規(guī)律和運動機理。廚房內(nèi)的氣流運動直接受到排氣灶臺的影響。而排氣灶臺內(nèi)部及周邊的環(huán)境極其復(fù)雜，氣流組織為熱流耦合的湍流運動。本文利用FLUNENT商業(yè)軟件對排氣灶臺周圍的氣流進行了仿真模擬，得到一些基本的模擬數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)進行了初步的分析，以方便今后的研究工作和工程應(yīng)用。

1 控制方程組

排氣灶臺周圍的氣流為低雷諾數(shù)不可壓熱流耦合流動，其控制方程如下：

式中ρ為流體密度，對于不可壓縮流體為常數(shù)，Cp為流體定壓比熱，k為分子擴散系數(shù)，μ為分子動力粘性系數(shù)，ui是i方向的速度分量，T是溫度變量。σij是由分子粘性決定的應(yīng)力張量，可用下式表示：

2 湍流模型

廚房內(nèi)的氣流運動直接受到排氣灶臺的影響。而排氣灶臺內(nèi)部及周邊的環(huán)境極其復(fù)雜，氣流組織為熱流耦合的湍流運動。在這里我們選擇k?ε湍流模型，對灶臺周圍的氣流進行模擬。

k?ε湍流模型方程如下：

3 計算模型的建立

排氣扇灶臺示意圖如圖1。本文采用雙排氣系統(tǒng)，灶臺高700mm，寬700mm，在灶臺正上方600mm處設(shè)置排氣扇。

圖1 雙排氣扇灶臺示意圖

家用燃氣灶性能參數(shù)，燃氣種類取天然氣，氣壓為2000Pa。排氣扇性能參數(shù)，額定電壓為220V，風(fēng)量為500m3/h，風(fēng)壓取200Pa。

周邊邊界設(shè)定為Pressure-outlet，壓強為0Pa，灶臺邊界設(shè)定為WALL。

4 結(jié)果與分析

計算結(jié)果的溫度等值線圖如圖2所示。

圖2 溫度等值線

計算結(jié)果的溫度等值線局部放大圖如圖3所示。

圖3 溫度等值線局部放大圖

計算結(jié)果的X速度等值線圖如圖4所示。

圖4 X速度等值線圖

計算結(jié)果的X速度等值線局部放大圖如圖5所示。

圖5 X速度等值線局部放大圖

計算結(jié)果的Y速度等值線圖如圖6所示。

圖6 Y速度等值線圖

計算結(jié)果的Y速度等值線局部放大圖如圖7所示。

圖7 Y速度等值線局部放大圖

計算結(jié)果的壓強等值線圖如圖8所示。

圖8 壓強等值線

計算結(jié)果的壓強等值線局部放大圖如圖9所示。

圖9 壓強等值線局部放大圖

由圖2和圖3可以看出：溫度從中軸線向外側(cè)對稱地遞減。靠近灶臺處的溫度梯度小于排氣扇處的溫度梯度。

由圖4和圖5可以看出：X速度從下向上逐漸增大，從外側(cè)向里側(cè)逐漸減小直至靜止，并且呈現(xiàn)軸對稱的分布。

由圖6和圖7可以看出：Y速度從下向上逐漸增大。Y速度從外側(cè)向里側(cè)逐漸減小，并且呈現(xiàn)軸對稱的分布。在排氣扇上側(cè)氣流對稱地向下方流動，越靠近排風(fēng)口速度越大。

由圖8和圖9可以看出：靠近排風(fēng)口負壓增大，而在雙排風(fēng)口中間處有較低的負壓。

由上面的分析可以看出氣流的組織嚴(yán)重影響到溫度的輸運，而溫度輸運對氣流卻幾乎沒有影響。另外，流場的特性只在排氣系統(tǒng)附近有變化，其影響范圍極其有限。

5 結(jié)語

本文的模擬可以看到k?ε湍流模型對廚房排氣灶氣流有較好的模擬結(jié)果。

由上面的分析可以看出氣流的組織嚴(yán)重影響到溫度的輸運，而溫度輸運對氣流卻幾乎沒有影響。所以設(shè)計排氣灶的氣動性能才是主要的。

另外，流場的特性只在排氣系統(tǒng)附近有變化，其影響范圍極其有限。可見排氣灶的安裝重點在于灶內(nèi)的組裝。排氣灶的優(yōu)良設(shè)計關(guān)系到廚房甚至是整個家居環(huán)境的優(yōu)劣。本文的討論只是粗略地將CFD技術(shù)應(yīng)用到排氣灶的環(huán)境分析中，得到了一些有用的結(jié)論，可見CFD技術(shù)在排氣灶輔助設(shè)計方面有著潛力。

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