一款優秀空氣凈化器風道的選擇

楊威 藺勇智

緒論：

眾所周知，在當今工業高速發展和人口空前龐大的時代，傳統的花粉，細小灰塵及人為污染物無處不在，而人的健康意識越來越強烈，越來越多的人開始使用空氣凈化器，其有效的去除裝修有害氣體（甲醛/甲苯等），攔截或塵降花粉，灰塵，細菌，極大的保護了使用者的健康，使用家用空氣凈化器是公認的改善室內空氣質量的方法。

過濾式空氣凈化器的主要元件就是風道風機系統/濾網，如何發揮出風機最大的本領靠得就是風道設計，不好的風道結構，會導致空氣流通不暢，降低了風機效能，使得凈化效率低下，在以往的設計中發現許多風道設計不良的空氣凈化器的風機效能效率僅能達到50%甚至更低。

空氣凈化器的原理是風機運轉，將機械外的空氣通過進風口帶動到機械內，經過一定的風道，流動的臟空氣通過濾網后變成干凈的空氣通過出風口送到機械外面周圍的空間。故空氣凈化器的設計有幾個原則和平衡點。空氣凈化器的出風量大，必須風機產生的風量大，然后風機通過濾網，風道等機械內部時風量損失的少。故在風機確定的狀況下，風機攪動空氣的能力就已確定，只有想辦法減少空氣在流動中的損失。

我們必須想辦法減少風量的損失。原則上講：

凈化器的進風口必須盡可能的大，360環形進風肯定比單面進風的效率高。

出風口越大，風機的風量損失的越小。

風的流動的過程中，盡量的減少阻力，風阻越小，風量越大。

所以進風/出風/腔體就構成了凈化器最為關鍵的風道系統，而家居空氣凈化器也需結合實用擺設，美觀性來選擇與設計，很多的消費者會將設備置放在不阻礙人活動的角落位置，或靠墻擺放，風機進風也有其特殊性和局限性，所以全角度進風的可能性較低調研市場主流空氣凈化器有多種風道形式單面進風，頂出風：是指將濾網置放在機器前門或者后面，使機器最大面積的一個面單向進風，市場上有無限極KJ550F-QJ0401A，W600，Alen F700，SK300（后門進風），機器在后門進風屬于較早的產品，因為進風是需要有網孔的，如果將其置于正面不適合美觀，所以正面一般為固定的完整的一個面，并且利于擺放LOGO，做造型，將實用性的進風置放在后方，但是實際使用中大多用戶喜歡靠墻擺放，這樣就減少了空氣循環和過濾能力，這樣的凈化器很多客服都會提醒用戶在使用中要與墻保持距離，經過發展，新的設計就將進風移到前門，并且將前門兩側開孔，使其能將左右的污染空氣都吸入機器凈化，增加了有效的空氣過濾能力。單進風/頂出風結構因為風輪也是單向進風風葉，相對薄并且葉輪豎置，易于動平衡，所以機型可以獲得較薄的形態。

底進風，頂出風：這種型式基本是將風機水平放置，一般濾網放置在底部，用軸流風機或后向離心風機吸風，再向上吹出風，市場上有352 X83（采用后向離心風機），Blueair BLUBLU（采用軸流風機），相對而言屬于簡單粗爆型，風量損失和紊流現像相對嚴重些，但是濾網可以做成四面進風，進風面積可以充份利用到。

雙進風，頂出風：這種型式是采用雙進風風輪，并用漸開線蝸殼封裝，其左右兩側都能進風，利用率高，進風量大，像米家空氣凈化器MAX和AirX A8，兩款機器噪音都基本在65dBa左右的最高檔，米家利用H11等級的濾紙，顆粒CADR甚至達到了接近1000m^3/h，而Airx A8 則用夾碳布使用其顆粒CADR達到800 m^3/h，甲醛CADR超過400 m^3/h，綜合性能優異。

選型與設計方案

空氣是流體的一種，在流體力學中流體具有一些主要的物理性質：氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的體積；慣性一切物質都具有質量，流體也不例外，質量是物質的基本屬性之一，是物體慣性大小的量度，質量越大，慣性也越大；流體壓縮性，作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化，這一現象稱為流體的可壓縮性。粘度粘性，即在運動的狀態下，流體所產生的抵抗剪切變形的性質。如何何讓氣體最大程度的順暢從風道中通過，是設計的重點。

進過一系列的對比，選擇雙進風，頂出風，漸開線蝸殼風道做為首選設計方案，選擇芝浦SIC-49CVL-F138-2和240*110mm雙向進風風輪，

由設計工程師按經驗繪制漸開線風道及安裝結構，最終形成適應的蝸殼。為驗證設計合理性，根據流體力學理論，采用仿真軟件進行模擬分析，以期得出最佳蝸殼設計：

1.將條件設定為 風扇轉速：1200rpm /系統風量：800m3/h /系統阻力：240Pa

2.經系統分析得出在上述條件下，靜壓234.6Pa，軸功率為106.5W，靜壓效率為48.95%，設計方案基本正確，但是葉輪葉道內存在一些吸力面分離，流道堵塞，葉輪做功能力受到影響。

3.將葉輪切角和風道出風口做修正，蝸殼出口流場有所改善，風道系統速度梯度有所提升，在同等條件下，靜壓246.64Pa，軸功率為108.11W，靜壓效率為50.7%，即靜壓提升 12Pa，靜壓效率提升 1.75%

4.通過系列的優化設計將雙進風風道做改善，設計工程師將最終的3D設計圖制作完成，相信新的風道選擇將為新的空氣凈化器產品帶來質量的提升。

參考文獻：

[1]毛根海，邵衛云，張燕。應用流體力學：高等教育出版社

[2]張兆順，崔桂香。流體力學：清華大學出版社