王夢偉

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)

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廚房油煙在自由擴(kuò)散下的實(shí)驗(yàn)研究

王夢偉

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)

【摘要】廚房，特別是公共廚房,是賓館、飯店以及工廠機(jī)關(guān)學(xué)校食堂必備的重要房間，排油煙技術(shù)對(duì)它的使用功能影響很大。文中通過實(shí)驗(yàn)測試，研究烹飪熱射流在自由擴(kuò)散下油煙擴(kuò)散的特點(diǎn)，并分析其特征參數(shù)，得出熱射流的軸心速度公式，為研究廚房通風(fēng)設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】烹飪；熱射流；自由擴(kuò)散；特征；參數(shù)；軸心速度

廚房，特別是公共廚房，是賓館、飯店以及工廠機(jī)關(guān)學(xué)校食堂必備的重要房間，排油煙技術(shù)對(duì)它的使用功能影響很大。我國在2001年頒布了GB18483-2001《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，為治理油煙提供了法律依據(jù)，使城市中飲食業(yè)油煙污染問題得到了有效的控制。但在運(yùn)行實(shí)際中，仍存在部分油煙凈化設(shè)備由于設(shè)計(jì)不合理或管理不善，凈化效率沒有達(dá)到預(yù)想的效果。

因此，迫切需要研究油煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，參考此規(guī)律，研制出高效、節(jié)能、安全、實(shí)用的公共廚房排油煙設(shè)備，以防止公共建筑內(nèi)空氣污染, 提高建筑的使用功能質(zhì)量是非常重要而迫切的任務(wù)。

1烹飪熱射流的理論分析

本研究采用趙鴻佐《室內(nèi)熱對(duì)流與通風(fēng)》第二章浮力羽流進(jìn)行理論分析。

將油煙的出口類比作面熱源，面熱源表面空氣被加熱向上浮力，同時(shí)在水平方向的負(fù)壓力梯度驅(qū)使周圍空氣沿?zé)嵩幢砻媪飨蛑行牟⑹惯吔鐚雍穸扔赏庀騼?nèi)逐漸增大，并在板的中部由于向上浮力誘發(fā)的重力不穩(wěn)定而發(fā)生邊界層分離形成紊亂的向上羽流運(yùn)動(dòng)。面熱源在其表面軸線上的氣流初速為0，并隨著流程的增大而逐漸加速到某一最大值后再逐漸降低。

將油煙的出口類比作面熱源，圓形平面熱源是軸對(duì)稱問題，可將圓板上的每一個(gè)微元面積視同一個(gè)點(diǎn)熱源，則有

(1)

任一微分熱源上浮力羽流在主軸上的速度的三次方

du3=df(Q0,Z)

(2)

(3)

式中： Q0為熱源負(fù)荷量(kW)；Z為距熱源的高度(m)；uZ為各斷面的軸心速度(m/s)。

由以上公式可以看出，熱射流斷面的軸心速度隨著距熱源高度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。而在軸心速度達(dá)到最大的時(shí)候，其所在截面的直徑與熱源直徑存在一定聯(lián)系。

2烹飪熱射流的試驗(yàn)研究

2.1研究內(nèi)容

在此試驗(yàn)研究中，進(jìn)行了溫度和空氣流速的測量，描繪在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中典型液化石油氣灶炒鍋的熱射流。熱射流氣流組織擴(kuò)散見圖1。

圖1　熱射流氣流組織擴(kuò)散示意

2.2試驗(yàn)裝置及儀器

根據(jù)廚房烹飪使用情況，熱源鍋型選用了一個(gè)3.6kW的液化石油氣灶、一個(gè)口徑為28cm，一口徑為40cm的砂鍋，深50cm的平底深鍋,使用液化石油汽為燃料。輔助裝置設(shè)有移動(dòng)測量支架兩根、徑向定點(diǎn)鐵絲一根、烹飪操作試驗(yàn)臺(tái)一個(gè)(熱源高度可調(diào))。由于油煙氣熱射流擴(kuò)散與水蒸氣的熱射流擴(kuò)散極為相似，本實(shí)驗(yàn)研究中用水蒸氣的擴(kuò)散模擬油煙的擴(kuò)散。

2.3試驗(yàn)方案

為了測試烹飪熱射流的擴(kuò)散流動(dòng)規(guī)律，本試驗(yàn)通過液化石油氣燃?xì)鉅t加熱圓底炒鍋進(jìn)行兩個(gè)試驗(yàn)方案，即兩組相對(duì)穩(wěn)定的試驗(yàn)。每組試驗(yàn)的測量順序均為：從0.90m斷面依次測到1.85m斷面為第一次(從下至上)，從1.85m斷面依次測到0.90m斷面為第二次(從上至下)，每個(gè)斷面上的各個(gè)布點(diǎn)是從左往右測。將測得烹飪熱射流的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，每組數(shù)據(jù)中求得兩次實(shí)驗(yàn)的平均值作為該組的實(shí)驗(yàn)值。

2.4試驗(yàn)結(jié)果分析

選用3.6kW燃?xì)鉅t進(jìn)行烹飪熱射流。由實(shí)驗(yàn)測得各斷面速度分布，找到各斷面的最大速度作為次斷面的初步軸心速度，求得每個(gè)實(shí)驗(yàn)(分別對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行斷面速度測量從上往下和從下往上兩次分實(shí)驗(yàn)，求各斷面平均值，以減小系統(tǒng)誤差)各個(gè)斷面初步軸心速度的平均值作為該斷面的軸心速度，最后各斷面軸心速度的平均值作為實(shí)驗(yàn)最終軸心速度，各實(shí)驗(yàn)各斷面的軸心速度列于表1、表2。

對(duì)各實(shí)驗(yàn)各斷面軸心速度的理論分布，采用自由熱射流軸心速度的經(jīng)驗(yàn)公式[2]：

(4)

表1、表2為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比。

表1　實(shí)驗(yàn)一

(注：1cal=4.185J)

表2　實(shí)驗(yàn)二

(注：1cal=4.185J)

通過以上數(shù)據(jù)擬合出實(shí)驗(yàn)值與理論值的線性關(guān)系(圖2)。

圖2　烹飪熱射流軸心速度實(shí)驗(yàn)值與理論值的關(guān)系曲線

(5)

式中:vm為自由熱射流的軸心速度(m/s)；Q為熱源的對(duì)流散熱量(kJ/h)；h為距離熱源頂面的高度(m)。

這里將本實(shí)驗(yàn)熱射流軸心速度的擬合公式與端木琳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，將相應(yīng)條件代入對(duì)應(yīng)公式，所得各斷面軸心速度相對(duì)應(yīng)的曲線見圖3。

圖3　各斷面軸心速度的實(shí)驗(yàn)值和文獻(xiàn)值的對(duì)比

由圖3可知，在接近熱源表面時(shí)，擬合值與端木琳實(shí)驗(yàn)值有偏差，但隨著高度的增加，距熱源越遠(yuǎn)，擬合值和端木琳實(shí)驗(yàn)值趨向一致，這說明該修正公式具有較好的可靠性。

5結(jié)論

本文研究了在自然條件下的油煙擴(kuò)散情況及烹飪熱射流的擴(kuò)散影響因素，主要研究工作及結(jié)論如下。

(1)從理論上分析了油煙擴(kuò)散特性及自由擴(kuò)散下熱射流的軸心速度的分布情況。

(2)通過試驗(yàn)方法系統(tǒng)研究了油煙的軸心速度分布規(guī)律，并提出軸心速度的計(jì)算公式，為研究廚房通風(fēng)設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB18483-2001 飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]端木琳,林豹，姜麗華，等.公共廚房排油煙裝置的性能與評(píng)價(jià)[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1996,12(4)：386-390.

[3]王靜.杭州市空氣中污染源及歸宿研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

[4]趙鴻佐.室內(nèi)熱對(duì)流與通風(fēng)[J].暖通空調(diào), 2010(6).

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【中圖分類號(hào)】X701

[作者簡介]王夢偉(1991～)，女，在讀碩士。

[定稿日期]2015-11-09