（机械电子工程专业论文）新型商用油烟脱排净化系统的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a t r o n i ce n g i n e e r i n g s t u d y o nl a m p b l a c ke x t r a c t i o na n d p u r i f i c a t i o ns y s t e mo f n e wc o m m e r c i a lk i t c h e n c a n d i d a t e ：w a n gd d e n g w e n s u p e r v i s o r ：l ix u e b i n m e c h a n i c a le n g i n e e r i n gs c h o o l a n h u iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n o 16 8 ，s h u n g e n gr o a d ，h u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，p r c h i n a 9m 6籼9眦3咖3124-=叭y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞邀堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名： 圣鉴i 文日期：兰垒年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王盘堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徵堡三太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 乏火了丈签字日期：z o l - l - 6 月6 日 导师签名么婀 签字日期勿加月6 日 摘要 摘要 本文把气液旋流分离技术应用于商用的厨房油烟脱排净化系统，把常用于气 固两相分离的旋风分离器作为气液分离的器件，探索了旋风分离器的应用范围。 根据k a n l e n 和z e n z 的跳跃速度的原理，参考s t a i r m a n d 高效型旋风分离器的 主体尺寸，设计了四种不同迸料管结构的旋风分离器，作为商用油烟脱排净化系 统的核心部件，分别设计计算了旋风分离器的壁厚、压降、分割粒径，并确定了 采用的材料。 利用f l u e n t 软件，采用r n gk - 湍流模型，q u i c k 差分格式，p r e s t o 压力梯度项插补格式，s i m p l e 算法为计算方法，对旋风分离器进行了气相的数 值模拟，算出了内部流场的三维速度和压力分布图，比较了四种不同结构的流场 分布图，探讨了不同结构形式对内部流场产生的影响。 利用a n s y sw o r k b e n c h 软件对不同进料管结构的旋风分离器进行了失 稳分析，计算了前六阶模态的屈曲载荷系数及变形图，探讨了结构改变对旋风分 离器的稳定性影响。 图 5 7 】 表 4 】 参 6 0 】 关键词：旋风分离器；气相；数值模拟；结构设计；失稳分析 分类号：t q 0 5 1 安徽理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h eg a s l i q u i dc y c l o n es e p a r a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e di nt h e c o m m e r c i a lk i t c h e nl a m p b l a c ke x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o ns y s t e m ，t h ec o m m o n l yu s e d i ng a sp h a s e - - s o l i dp h a s es e p a r a t i o nc y c l o n es e p a r a t o ra sag a s l i q u i d s e p a r a t i o n d e v i c e ，e x p l o r e st h es c o p eo fa p p l i c a t i o no f t h ec y c l o n es e p a r a t o r w i t ht h ej u m p i n gs p e e dp r i n c i p l eo fk a n l e na n dz e n z ，t h em a i ns i z eo ft h ec y c l o n e s e p a r a t o ro fs t a i r m a n dh i g h l ye f f i c i e n c yf o rr e f e r e n c e ，i th a sb e e nd e s i g n e dt h a tf o u r c y c l o n es e p a r a t o ro fd i f f e r e n tf e e d i n gt u b es t r u c t u r e ，a st h e ：c o r ec o m p o n e n to ft h e c o m m e r c i a lk i t c h e nl a m p b l a c ke x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o n ，d e s i g na n dc a l c u l a t i o no f c y c l o n es e p a r a t o rw a l lt h i c k n e s s ，p r e s s u r ed r o p ，c u td i a m e t e rs i z e ，a n dd e t e r m i n et h e u s eo fm a t e r i a l n u m e r i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo ft h eg a sf 沁1 di nt h ec y c l o n es e p a r a t o rh a sb e e n c a r r i e do u tb yu s i n gt h es o f t w a r e f l u n e t ，b a s e do nt h er en o r m a l i z a t i o ng r o u p k - c m o d ef o rt u r b u l e n c ef l o w , q u i c kf o r m a tf o rd i f f e r e n c es c h e m e ，p r e s t of o r m a tf o r p r e s s u r e d i s c r i m i n a t i o na n ds i m p l ea r i t h m e t i cf o r p r e s s u r e - v e l o c i t yc o u p l i n g ， i n c l u d i n gt h et h r e e d i m e n s i o n a lv e l o c i t y ，t h et o t a lp r e s s u r eo ft h eg a sf i e l d ，c o m p a r e f o u rk i n d so fd i f f e r e n ts t r u c t u r ef l o wf i e l dd i s t r i b u t i o n ，d i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo ft h e i n t e r n a lf l o wf i e l do ft h ed i f f e r e n ts t r u c t u r e i n s t a b i l i t ya n a l y s i so ft h ec y c l o n es e p a r a t o ro f d i f f e r e n tf e e d i n gt u b es t r u c t u r e h a sb e e nc a r r i e do u tb yu s i n gt h es o f t w a r e a n s y sw o r k b e n c h ，c a l c u l a t e st h eb u c k l i n g l o a dc o e f f i c i e n ta n dd e f o r m a t i o np a t t e r no ft h ef i r s t s i xm o d e s ，d i s c u s s e st h ei n f l u e n c e o ns t a b i l i t yo fs t r u c t u r ec h a n g eo fc y c l o n es e p a r a t o r f i g u r e 【5 7 】t a b l e 【4 】r e f e r e n c e 6 0 】 k e y w o r d s ：c y c l o n es e p a r a t o r , n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，g a sp h a s e ，s t r u c t u r ed e s i g n ， i n s t a b i l i t ya n a l y s i s c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t q 0 51 一i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 引言1 1 绪论一2 1 1 抽油烟机的性能衡量指标2 1 。2 油烟的组份及危害2 1 3 抽油机的种类及性能2 1 3 1 国内外抽油烟机发展状况2 1 3 2 抽油机类型及性能3 1 4 厨房油烟脱排净化技术5 1 4 1 厨房补风、油烟捕集、排油烟管路及系统长设计5 1 4 2 厨房油烟的净化方法7 1 5 本章小结9 2 旋风分离器结构设计的要点1 0 2 1 旋风分离器的结构及其工作原理简介lo 2 2 旋风分离器结构设计的要点及其对能耗、分离性能影响1l 2 2 1 进料管结构类型1 1 2 2 2 出料管结构类型1 2 2 2 3 排气管结构类型1 3 2 2 4 筒体和锥体的结构类型1 5 2 3 本章小结：1 6 2 4 本文研究的内容1 6 3 旋风分离器数值模拟方法的研究18 3 1 计算流体动力学简介1 8 3 2f l u e n t 简介1 9 3 3 旋风分离器气相的数值模拟方法研究一2 0 3 3 1 湍流模型选择2 1 3 3 2r n g k 一模型的控制方程：2 3 安徽理工大学硕士学位论文 3 3 3 离散格式和压力插补格式的确定2 5 3 3 4 湍流数值计算2 6 3 3 5 压力与速度的耦合2 7 4 旋风分离器流场的数值模拟2 9 4 1 商用旋风分离器的结构尺寸确立2 9 4 1 1 旋风分离器结构尺寸的理论基础2 9 4 1 2 尺寸分析及校对3 4 4 2 模型的搭建和网格划分3 7 4 2 1 基于p r 0 e 4 0 的旋风分离器建模和分析3 7 4 2 2 基于f l u e n t 的旋风分离器网格划分和边界条件4 4 4 3 旋风分离器的数值模拟及结果分析4 9 4 3 1 不同入口结构对切向速度的影响5 0 4 3 2 不同入口结构对轴向速度的影响5 7 4 3 3 不同入口结构对径向速度的影响6 0 4 3 4 不同入口结构对总压的影响6 2 4 4 本章小结6 6 5 旋风分离器的结构失稳分析6 7 5 1 不同结构的旋风分离器的a n s y s 有限元模型建立6 7 5 1 1 设计的工况条件6 7 5 。1 2 基于a n s y s 的旋风分离器有限元网格模型和载荷边界条件6 8 5 2 设计压力0 1 m p a 的计算结果及其分析7 0 5 2 1 各模型的屈曲载荷系数及分析7 1 5 2 2 各模型的总变形及分析7 2 5 3 本章小结7 5 6 结论与展望7 6 6 1 结论7 6 6 2 展望7 6 参考文献7 8 致谢8 2 一i v 目录 作者简介及读研期间主要科研成果8 3 一v 一 安徽理工大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t i i n t r o d u c t i o n 1 1p r e f a c e ：1 1 1v e n t i l a t e rp e r f o r m a n c e 、n d i c a t o r s 。2 1 2l a m p b l a c kc o m p o n e n t sa n dh a z a r d s 2 1 3v e n t i l a t e rt y p e sa n dp r o p e r t i e s 2 1 3 1v e n t i l a t e rd e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a d 2 1 3 2v e n t i l a t e rt y p e sa n dp r o p e r t i e s 3 1 4k i t c h e nl a m p b l a c kp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y 5 1 4 1k i t c h e na i r - m a k e u p ，l a m p b l a c kt r a p p i n g ，e x h a u s tp i p e l i n ea n ds y s t e m d e s i g n 5 1 4 2l a m p b l a c kp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y 7 1 5b r i e fs u m m a r i z a t i o n 9 2m a i np o i n t so fc y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r ed e s i g n 1 0 2 1c y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r ea n dw o r kp r i n c i p l eb r i e fi n t r o d u c t i o n 10 2 2 c y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r ed e s i g np o i n t sa n di n f l u e n c eo ne n e r g y c o n s u m p t i o na n ds e p a r a t i o np e r f o r m a n c e 1 1 2 2 1f e e d i n gp i p es t r u c t u r et y p e 1 1 2 2 2 d i s c h a r g i n gt u b es t r u c t u r et y p e 1 2 2 2 3e x h a u s tp i p es t r u c t u r et y p e 1 3 2 2 4c y l i n d e ra n dc o n es t r u c t u r et y p e 1 5 2 3b r i e fs u m m a r i z a t i o n 1 6 2 41 1 1 em a i nc o n t e n t so f t h i st h e s i s 1 6 3c y c l o n es e p a r a t o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d 1 8 3 1 c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s 1 8 3 2b r i e fi n t r o d u c t i o no ff l u n e n t 1 9 3 3n u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o ds t u d yo f c y c l o n es e p a r a t o rl i q u i dp h a s e 2 0 3 3 1 鼬u l e n c em o d e l 2 1 3 3 2r n gk _ m o d e lc o n t r o le q u a t i o n 2 3 3 3 3t u r b u l e n tf l o wn u m e r i c a lc o m p u t a t i o n 2 5 v i 目录 3 3 4s l e c tt h ef o r m a to fd i f f e r e n c es c h e m ea n dp r e s s u r ed i s c r i m i n a t i o n 2 6 3 3 5p r e s s u r e - v e l o c i t yc o u p l i n g 2 7 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f c y c l o n es e p a r a t o rf l o wf i e l d 2 9 4 1c o m m e r c i a lc y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r es i z ee s t a b l i s h m e n t 2 9 4 1 1c o m m e r c i a lc y c l o n es t r u c t u r es i z ec o r r e c t i o nt h e o r y 2 9 4 1 2d i m e n s i o na n a l y s i sa n dc o l l a t i n g 3 4 4 2b u i l d i n go fc y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r ei m p r o v e m e n ta n dg r i d 3 7 4 2 1c y c l o n es e p a r a t o rm o d e la n da n a l y s i sb a s e do np r o e 4 0 3 7 4 2 2c y c l o n es e p a r a t o rm e s hb a s e do nf l u e n t 4 4 4 3c y c l o n es e p a r a t o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dr e s u l ta n a l y s i s 一4 9 4 3 1d i f f e r e n te n t r a n c es t r u c t u r ee f f e c to nt a n g e n t i a lv e l o c i t y 5 0 4 3 2d i f f e r e n te n t r a n c es t r u c t u r ee f f e c to na x i a lv e l o c i t y 5 7 4 3 3d i f f e r e n te n t r a n c es t r u c t u r ee f f e c to nr a d i a lv e l o c i t y 6 0 4 3 4d i f f e r e n te n t r a n c es t r u c t u r ee f f e c to nt o t a lp r e s s u r e 6 2 4 4b r i e fs u r n m a r i z m i o n 6 6 5c y c l o n es e p a r a t o rs t r u c t u r ei n s t a b i l i t ya n a l y s i s 6 7 5 1a n s y sf i n i t ee l e m e n tm o d e lf o rd i f f e r e n ts t r u c t u r eo fc y c l o n es e p a r a t o r 6 7 5 1 1d e s i g nc o n d i t i o n s 6 7 5 1 2c y c l o n es e p a r a t o rf i n i t ee l e m e mm e s hm o d e la n db o u n d a r yc o n d i t i o n o f l o a d b a s e d o n a _ n s y s 一6 8 5 2c a l c u l a t i o na n da n a l y s i su n d e rd e s i g np r e s s u r et h e0 1 m p a 7 0 5 2 1m o d e lo f b u c k l i n gl o a df a c t o ra n dt h ea n a l y s i s 7 1 5 2 2t 0 t a ld e f o r m a t i o na n da n a l y s i so ft h em o d e l s 7 2 5 3b r i e fs u m m a r i z a t i o n 7 5 6s u m m a r ya n d p r o s p e c t 7 6 6 1f u l l t e x ts u m m a r y 7 6 6 2 p r o s p e c t 7 6 r e f e r e n c e 7 8 p o s t s c r i p to rc o m p l i m e n t 8 2 r e s u m eo ft u t o ra n da u t h o rs t u d i e st h em a s t e r sd e g r e ep e r i o dp u b l i c a t i o nt h e p a p e ra n dr e s e a r c ha w a r d 8 3 一v i i 引言 引言 近年来，随着人们环保意识的增强，人类社会经济不断发展，对能源的需求 不断加大，而以天然气、石油和煤为主的自然资源是不可再生的，并正面临着日 益枯竭的局面，因此在厨房油烟脱排净化领域，如何降低系统的能耗、减少碳排 放量已经成为科研人员关心的问题。目前，在国内外的学者们采用的主要方法有： 从物理角度定义的机械分离、静电沉积、等离子体、材料过滤等方法，从化学角 度定义的液体洗涤、催化净化、热氧化焚烧等方法，从生物角度定义的生物降解 等方法，以及矿物质过滤吸附和各种组合形式的脱排净化的方法。本文采用物理 的方法，以旋风分离器为分离的核心部件，利用气液旋流分离技术分离油烟颗粒。 旋风分离器本身具有很多优点：造型不复杂，内部无运动部件，分离性能好，压降 符合大部分的设计标准、能耗较低等，值得进行深入研究。 旋风分离器做为一种静态机械式分离装备，最开始广泛应用于气固分离，随 着科学的发展和研究的深入，近些年，国内外很多学者尝试把旋风分离器应用于 气液分离。旋风分离器的气固分离进料管大都为方形进口，方形进口可以使来料 更好的和分离壁面接触，但是用于气液分离的旋风分离器的结构形式不仅仅局限 于此，需要研究者根据自身的工况条件去设计开发。 本文对设计出来的几种旋风分离器，先进行了理论分析，设计计算了旋风分 离器的壁厚、压降、分割粒径，确定了采用的材料。利用大型软件f l u e n t 进行了 流场数值模拟及分析，并通过a n s y sw o r k b e n c h 进行了局部结构的失稳分析。 安徽理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 抽油烟机的性能衡量指标 近年来，随着人类社会经济不断发展，对能源的需求不断加大，而以天然气、 石油和煤为主的自然资源是不可再生的，并正面临着日益枯竭的局面，因此在厨 房油烟脱排净化领域，如何降低系统的能耗、减少碳排放量已经成为科研人员关 心的问题。厨房油烟脱排净化技术的竞争日趋激烈，油烟净化效率、噪声、本体 阻力、风量、风压等5 个参数已经成为评价厨房抽油烟机优劣的重要标准；其他 的诸如：无二次污染、维护方便、体积适当也逐渐成为目前设计者们追求的主流 指标。在厨房油烟脱排净化领域，从物理角度定义的机械分离、静电沉积、等离 子体、材料过滤等方法，从化学角度定义的液体洗涤、催化净化、热氧化焚烧等 方法，从生物角度定义的生物降解等方法，以及矿物质过滤吸附和各种组合形式 的脱排净化的方法一定程度上满足了人们对设备性能的需求。 1 2 油烟的组份及危害 油烟成分由2 0 0 多种物质组成，油烟主要是由直径小- 于1 0 , u r n 的油雾和水蒸 汽雾滴组成。主要成分是烷烃和炔烃，其次有一氧化碳、二氧化硫、臭氧、硫化 氢、有机酸、醛类化合物和多环芳烃等。厨房油烟不仅污染环境，而且会对人体 产生危害，必须采取措施加以防范。此外大量研究表明：长期吸取厨房油烟能带 来很多疾病，包括：呼吸系统、心血管疾病、皮肤病、基因突变和d n a 、染色体 损伤等【1 。2 】，研究表明：大量餐饮烹饪业污染物的排放已成为继机动车尾气、工业 废气后，对城市空气污染“贡献”的第三位【3 】。 1 3 抽油机的种类及性能 1 3 1 国内外抽油烟机发展状况 国外对抽油烟机研发和制造较国内早，世界上第一台抽油烟机诞生在意大 利，六十年代初期日本就已经开始研发、制造、生产和推广厨房集烟罩，油烟罩 就是后来抽油烟机的最初模型，七十年代中期，国外的发达国家( 日本、法、美 国等) 就已普及了厨房抽油烟机 4 】。 1 9 7 5 年，a m o l d s k a u f m a n 等对抽油烟机的排气罩进行研究，研发出了射流 喷射口角度可以调节的厨房补风技术，这一发明使人们在厨房工作的舒适度大大 1 绪论 提升【5 】 目前的欧式抽油烟机大多采用浅罩，这些产品类似于平底的“流线 形、“超 薄”、的设计理念。这些抽油烟机虽然外表美观，但是一定程度上降低了油烟捕集 效率。为了提高油烟的捕集效率，国外的厂家，通常采用降低安装高度，此种会 给消费者的使用带来极大的不方面，或者增大风机功率，但是会增大能耗，同时 也会带来更多的噪声风机噪声。由于国外的烹饪产生的油烟浓度较小，这些抽油 烟机适合国外厨房的烹饪方式，同时这些产品体积小、易安装、重量轻、做工细 致、工艺水准高，易拆卸、产品安装可靠，总体的品质高【6 】。 我国第一台抽油烟机是当时我国的商务部在参展德国慕尼黑商品博览会时引 进，引进的主要是技术和产品的外表设计，引进后由帅康生产。二十世纪七十年 代末期，随着国内科学技术的发展相关的科技人员提出了在我国开发抽油烟机的 议题。由于种种条件制约，国内没有厂商生产这种欧式抽油烟机。1 9 8 4 年7 月， 上海桅灯厂根据台湾的抽油烟机样机的信息，试制成功了第一台当时被称之为外 排式抽油烟机。 1 3 2 抽油机类型及性能 1 根据处理油烟颗粒的方式抽油烟机分类及存在的问题 油烟脱排机和油烟净化机两种。早期的油烟脱排机主要存在：( 1 ) 叶轮旋转 产生的流场不是离心旋流场，分离性能差。( 2 ) 由于叶轮与油烟接触，久而久之， 叶轮上沾满油烟，不但清洗困难，而且会导致系统的风量下降，压降变大。影响 设备的性能及寿命。( 3 ) 外观以方型为主，这种流道不符合流体动力学和空气动 力学原理，油烟捕集率很低，同时由于捕集口( 排烟口) 又没有正压仓有效的形 成空气介质隔膜，来配合。这样大量油烟泄露在厨房，严重影响了厨房的空气质 曼 里o 同时市面上主流产品油烟净化机也存在很多问题：( 1 ) 顶吸式( 直吸式) 欧 式、中式吸油烟机都采取油烟上排处理的方式有炒菜时易碰头、滴油、维护方便 性一般等诸多不便。( 2 ) 近几年开发的侧吸式( 近吸式) 吸油烟机存在清洗等维 护麻烦、噪声大、集烟腔无法一体成型等不便。新产品集成灶虽然油烟捕集率高， 整体产生的噪声小，整机附带了餐具等物品的存放、消毒等多种功能，但也存在 着：( 1 ) 价格昂贵，属于捆绑式消费( 2 ) 清洗不便( 3 ) 排烟管容易破损、更换不 方便( 4 ) 火苗离排气口近，存在能量损失和安全隐患等。 2 根据风机的安装方式抽油烟机分类及存在的问题 安徽理工大学硕士学位论文 风机安装在油烟处理设备进气口的前面和安装在抽烟处理设备排放口的后面 两种，安装在前面，风机叶片粘油影响性能、风量减少。安装在后面的情况，在 国外，尤其发达国家早已普遍，在国内却很少，期间不但有中式烹饪火力旺盛的 阻碍，还有设计者设计应对的问题，g b t1 7 7 1 3 1 9 9 9 本身也存在缺陷。 3 根据集烟罩( 捕集方式) 抽油烟机分类及存在问题1 7 】 1 ) 浅罩型抽油烟机：是前期的产品，由于它的集烟! 翠较浅，其油烟捕集率在 4 0 左右，不能迅速将油烟捕集彻底。 2 ) 深罩型抽油烟机：这种油烟捕集造型，有利油烟排出，由于集烟腔大，可 以积聚没来得及捕集的油烟，从而避免了大量油烟的外逸和扩散，这种油烟捕集 率能达到一半左右。 3 ) 柜台式抽油烟机：它内部集成了抽油烟机和集烟柜。集烟柜起到了阻挡油 烟泄露的作用，能匕i 徊i x 好的捕集到产生的油烟，同上面两种机型相比，柜台式能以 较小的排风量高效率地捕集油烟，降低能耗。其油烟捕集率可达到9 5 以上。 4 ) 水幕型抽油烟机：这种抽油烟机在设备的内部设计安装了一个小型喷嘴， 通过控制喷嘴喷射含有洗涤剂的水雾状的液体，捕集到的油烟经过水雾网，与液 体发生化学反应而被溶解，最后被洗涤排放出去。 王汉青 8 。1 0 】等对抽油烟机增设风幕，用实验及数值模拟研究表明该排烟罩不仅 能够通过增设风幕形成正压仓和空气介质隔膜从而有效控制污染物的逸出，这种 创新设计，不仅能耗低，而且降低对厨房的污染，提高厨房的空气质量。 2 0 0 5 年，苏州大学的王锐【l 】j 等，利用开孔管道运行高速气流，从而使开孔部 位产生较大的负压吸取油烟颗粒，通过对这种新型射流厨房油烟净化机的测试研 究，结果表明其油烟捕集率高达9 7 。 2 0 0 8 年，江苏工业学院的夏正兵【1 3 】等以旋风分离器为核心部件设计的一种新 型旋流式油烟净化机，油烟净化率高达9 5 ，并得出吸口距离灶锅8 0 0 m m 时油烟净 化效率比较好。 1 绪论 1 4 厨房油烟脱排净化技术 1 4 1 厨房补风、油烟捕集、排油烟管路及系统长设计 1 补风1 公共 集烟 道 图1 商用厨房油烟捕集净化等的系统布局简图 f i g 1t h ed i a 孕a mo fc o m m e r c i a lk i t c h e nl a m p b l a c kc o l l e c t i n gp u r i f i c a t i o ns y s t e m 1 厨房补风技术 商用抽油烟机，通常面临大处理量、大排风量工况，这种工况很容易造成厨 房内的负压，而负压的长期存在，不仅老化了厨房的装饰，而且油烟和废气的漂 移，会危害人体、增大能耗等，因此必须设计适合的补风装置，来削弱负压。高 速、高压的补风技术，会使厨房变成空气过滤器天漏、地漏的补风往往会带来杂 质气味和生物菌群，有时还有返风现象发生。尤其国内的厨房烹饪时产生的油烟 多，采用恰当的补风系统尤为重要。 目前常用的补风技术： 置换补风法。即在房间下部以低风速进行送，送风口的正对面的上部有个回 风口，进行回风。这种方法不但能降低能量的消耗，而且人在厨房工作时相应的 舒适度也大大提升。 2 油烟捕集方法 厨房油烟捕集率，直接关系到厨房里空气的质量优劣。因此套好的油烟捕 集装备，立即会受到消费者的青睐，也是厨房油烟脱排净化系统的核心技术之一。 1 ) 带风幕型捕集方法： 带风幕型捕集即通过一定的装置送风，并形成风幕，尽可能使油烟和厨房的 安徽理工大学硕士学位论文 空气隔断，压缩了油烟捕集装置捕集口的捕集范围，大大降低了油烟的逃离出口， 捕集口的抽气速度也大大提升，从而相应的排风量也下降，油烟捕集效率提升。 下送风幕式油烟罩： 以一定的风速，射流口角度，从油烟罩口的底部对下送风，从而产生风幕。 上送风幕式油烟罩： 以一定的风速，射流口角度，从灶台口的顶部对上送风，从而产生风幕。 史漫兴，对上送和下送两种风幕进行了c f d 分析和实验研究，结果表明：下送 风幕的最适宜的给风速度为：v = 0 6 m s ，上送风幕的最适宜的给风速度：v = 1 5 m s 。 陈立波，对下送型风幕进行了c f d 分析，结果表明：在油烟速度为l m s 的工况下， 给风速度不能超过0 8 m s ，0 7 m s 为宜，喷射口的倾斜角度影响很弱，喷射口与油 烟罩口表面垂直为最佳工况。5 e l 习t j t l 2 】通过数值模拟、实验等手段通过对上送风幕 和下送风幕两种工况的对比，得出下送型比上送型具有更加明显的节能、环保和 舒适度。并发现下送型的最适当的气流喷射角度为1 5 。 2 ) 导向型补风法 这种补风法采用射流口安装在油烟罩底部，并向内指向油烟罩的排烟口，主 要有利于捕集、厨房的空气质量平衡和降低排风量，这种方法也存在合适的给风 速度、和喷射口倾斜角度。 3 ) 水幕式捕集 这种方法属于油烟的液体洗涤法，即在排烟罩的下放安装一个喷嘴喷射水雾， 油烟在排烟口排出前，必须经过水雾这道流场，在水雾场中被洗涤净化。这种方 法只是简单的除去了油烟，油滴和水一道从下放排出室内。捕集过程会产生很严 重的二次污染。李刚等对水幕型油烟捕集净化设备进行搭建研究，结果表明：射 流嘴的安装位置、整体的排风量、两相的气液比等对油烟的捕集分离都有影响。 3 排油烟管路的设计【1 4 j 1 ) 烟路横向设计排出法 即抽油烟机出来的气体经过水平烟管直接将气体排放到室外的方法。这种方 法可以节省厨房空间并且不会产生互相串烟现象，安装方便，但是会产生气体倒 吸现象，因此必须在尾部设计防倒吸的风帽。 2 ) 烟路纵向设计带变压式排出法 烟路纵向设计是在厨房中垂直方向铺有交错的烟道，将各楼层厨房的油烟收 集后，最后利用室内外压差或热浮力再集中排出，是目前的成熟设计方法。它将 每栋楼层的烟路设计成不同的截面烟路，主次烟路是低层楼道烟路主要烟路，临 1 绪论 近厨房里的烟路起到了单烟道的效果，将油烟引导进入大烟道排出。这种方法是 现期处理油烟污染管路设计的最有效方法。能起到很好的防串烟和油烟防倒吸现 象。但是这种方法从成本角度考虑，耗费大，商用的厨房采用这种方法适合。 3 ) 烟路纵向设计带止逆阀式排出法 止逆阀安装在排烟口与公用烟道交界处，这种方法成本低、便于安装和检修、 也能很好的防串烟和防倒吸，家用和商用厨房都适宜，但是安装了止逆阀的烟道， 会降低排风量，会增大烟道内部的压力，降低了排油烟的整体的效果，因此采用 这种止逆阀，就得对止逆阀进行结构的进行相关的优化设计，如：增大隔离交界 处阀体的横截面有效面积，阀体自动的闭与合等。 4 ) 纵向烟路同心圆设计排出法 烟道与主烟道是两个以上一定比例尺寸构成的同心圆，这种方法国外采用的比 较多。 5 ) 组合式排放方法 这种方法综合应用上面讲述方法的优点，能很好的发挥排烟效果，是值得深入 研究的方法。 4 系统长的设计 安装抽油烟机的过程中要设计与之相适应的系统长，它不但能降低能耗，而 且能提高捕集和净化效率。厨房的排烟管路在设计时，一般而言，它的水平方向 最远距离不应该大于15 m ，同时应该设有2 的倾斜度。排风速度在一定程度上影响 抽油烟机的分离性能，尤其本文设计的旋风式的抽油烟机，排风速度影响内部流 场，对整机的分离效率尤为重要，相关的规范规定其数值大小不能小于1 0 m s ，普 通的抽油烟