吸油煙機攏煙板形態對負壓區影響的探討

黃志宏 周駿堯

（廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528300）

引言

吸油煙機作為外排烹飪有害氣體的廚房器具，近年來，其排煙能力越來越受到消費者關注。吸油煙機工作原理為：安裝在蝸殼內的電動機帶動離心葉輪轉動，使氣體沿蝸殼壁面流動，與此同時在蝸殼進風口前方會形成負壓區域，使烹飪產生的煙氣被源源不斷吸入蝸殼內部，最后排到室外。各大企業除了進一步提升排風系統性能外，常在蝸殼前方區域增加攏煙板，從而改變進風區域的形態，部分煙機還設計有左右翼板，其作用是使進風區域減少，減少進風口的體積，實現提高進風速度，并且攏煙板也能把油煙引導到進風口前負壓區域，從而減少或避免油煙逃逸。

擾煙板的大小、安裝位置、開合角度等形態都會對吸油煙機的負壓區產生影響，如攏煙板打開的角度過小，會導致煙機投影面積過小，攏煙板沒有起到引導油煙的作用；如攏煙板打開角度過大，會導致負壓區域過大，進風口流速下降，影響吸煙效果。因此本文基于某型號吸油煙機探究不同攏煙板形態對負壓區及吸煙效果的影響。

1 整機性能

吸油煙機一般安裝在廚房燃氣灶具上方，把吸入的煙氣經過止回閥、鋁箔煙管、公共煙道等最后外排到室外，這都會造成外排阻力。為了定性研究該型號吸油煙機在不同形態下攏煙板的負壓區域及流速分布，首先以實驗手段，按照GB/T 17713-2022 標準中的空氣性能實驗方法，得到吸油煙機的風壓-風量特性曲線。實驗設備包括有穩壓電源、風量測試儀等，其中風量檢測設備連接有電腦顯示器、風室、壓差流量計、可變排氣系統等。在規定的測試條件下，通過風室內孔板變化，選擇測試16個工況點對應的靜壓、風量及其對應的出風口平均速度，如圖1所示。

圖1 風量-壓力特性曲線

根據上面的風量數據，計算出每個工況點的平均速度，如表1。

表1 各個工況點參數

2 理論方程

本文所研究的吸油煙機攏煙板前負壓區，因煙氣在整個吸油煙機流動速度較低，認為不可壓縮氣體，流場連續方程及動量方程（N-S）：

采用標準的k-ε湍流模型：

其中渦粘性系數用μt表示：

式中：

xi和xj—i和j方向的坐標；

ui和uj—瞬時速度，m/s；

t—時間，s；

p—靜壓，Pa；

ρ—密度，kg/m3；

gi—單位質量的重力，m/s2；

ε—耗散；

μ—動力粘度系數，Pa·s；

Gk—因平均速度梯度而產生湍流動能生成項，J。

3 數值模擬

3.1 模型建立與網格劃分

此型號吸油煙機包括有電機、葉輪、導風圈、蝸殼、殼體，其中殼體由鈑金加工成腔體，然后通過鉚接或焊接等工藝把蝸殼鈑金拼接而成，所以對安裝縫隙和對流場影響不大的縫隙進行簡化。在殼體前面的攏煙板打開角度分別設置20 °，23 °，26 °，29 °，32 °建立三維系統模型。

3.2 邊界條件

本文選用邊界條件類型：環境溫度15 ℃，進口與出口的壓力為0 Pa、壓力出口邊界調節為計算域壁面，按實際測試得到的風壓-風量特性曲線的參數，設置fan參數。

因仿真過程不考慮熱交換，湍流耗散項、湍流動能和動量方程的離散均采用二階迎風格式。在仿真軟件中同時監控了迭代殘差、關鍵截面的壓力、軸向設置的速度等。當觀察迭代殘差降低趨勢情況，同時監視的風機出口的流出空氣質量變化量少于0.5 %時，則認為收斂，計算結束。

4 仿真結果分析

圖2、圖3分別是無左右翼板與有左右翼板的等值壓強云圖，為進一步觀察，在進風口前的負壓區域每隔1 Pa設置等值線并以不同顏色顯示。隨著空氣越靠近蝸殼進風口，負壓強及流速也逐漸增大，空氣最終穿過油網進入蝸殼內。對比上圖發現，有左右翼板的油煙機周側吸風速度明顯高于無兩側翼板的，而且對比圖2與圖3的-1 Pa等值線，圖3等值線明顯往下移動形成弧形，表明負壓區域更大，流速加快，更有利油煙吸入；在攏煙板左右兩側的位置，有左右翼板的負壓數值達到-1.8 Pa，而無翼板僅為-1.2 Pa，其原因是攏煙板的左右翼板能有效分隔空間，減少進風口前方的體積，從而形成負壓較大、較強的區域，增強排煙效果。

圖2 無左右翼板的壓強云圖

圖3 有左右翼板的壓強云圖

圖4 不同角度攏煙板的速度云圖

為進一步研究攏煙板的形態對吸油煙機進風口區域特性，研究攏煙板打開角度對負壓區影響，把攏煙板打開角度分別設置為20 °，23 °，26 °，29 °，32 °，由上文可知，在進風口前方負壓區域平行于XY的各截面相同，所以Z=0處截取攏煙板不同打開角度的速度云圖，烹飪產生的煙氣由煙機底部升騰至煙機進風口區域，在離心風機作用下，流速越來越大，云圖的顏色也越深。隨著攏煙板的角度不斷增大，速度為2 m/s的區域也不斷往上移動，由于離心風機的性能及油網的阻力不變，攏煙板的角度變大也使進風口區域的體積也不斷增加，所以造成速度為2 m/s的邊界往上移。當攏煙板打開角度為29 °及30 °，可觀察到2 m/s的邊界線開始與攏煙板分離，因此可得到攏煙板打開角度大于29 °后，攏煙板逐漸失去對進風口區域的速度2 m/s邊界控制形狀變化的能力，也意味隨著攏煙板角度的增大，進風口區域的速度云圖將不會有明顯的變化。因此可得到29 °是此型號吸油煙機攏煙板的臨界角度。

5 結論

本文采用實驗和數值模擬相結合的研究方法，對某型號的吸油煙機對比有無左右翼板和不同打開角度的攏煙板進行數值模擬，重點分析油煙機前進風口的等壓面及流速等參數，揭示了不同形態的攏煙板對吸油煙機在烹飪過程中產生油煙控制機理，獲得結論如下：

1）因吸油煙機實際的安裝使用環境有差異，會存在不同的阻力，例如止回閥、煙管、樓層的公共煙道都會影響出口背壓，因此必須從實驗得到該型號吸油煙機性能特征數值，然后設置不同形態的攏煙板進行數值模擬，確保計算仿真的有效性。

2）攏煙板的左右翼板能使攏煙板下區域的氣流速度增大，有效加大油煙的控制區域，減少油煙逃逸。

3）隨著攏煙板的角度不斷增大，負壓區域及流入速度會逐漸減少，當攏煙板打開到一定角度時，進風口區域的流速變化逐漸緩慢，攏煙板的打開角度會存在一個臨界值，即使增大角度，該進風區的負壓及流速不會有明顯變化。科學合理的模擬計算可以避免重復驗證測試，為研發人員在吸油煙機攏煙板設計及吸煙效果改善提供可量化的參考。