李方方

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shí)間在室內(nèi)度過。同時(shí)人們對(duì)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?cè)谑覂?nèi)可以達(dá)到較高舒適度，是每一個(gè)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(shí)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(kuò)散特性，必須掌握廚房室內(nèi)的氣流規(guī)律和運(yùn)動(dòng)機(jī)理。廚房?jī)?nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)直接受到排氣灶臺(tái)的影響。而排氣灶臺(tái)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(yùn)動(dòng)。本文利用FLUNENT商業(yè)軟件對(duì)排氣灶臺(tái)周圍的氣流進(jìn)行了仿真模擬，得到一些基本的模擬數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(tái)周圍的氣流為低雷諾數(shù)不可壓熱流耦合流動(dòng)，其控制方程如下：

式中ρ為流體密度，對(duì)于不可壓縮流體為常數(shù)，Cp為流體定壓比熱，k為分子擴(kuò)散系數(shù)，μ為分子動(dòng)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?jī)?nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)直接受到排氣灶臺(tái)的影響。而排氣灶臺(tái)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(yùn)動(dòng)。在這里我們選擇k?ε湍流模型，對(duì)灶臺(tái)周圍的氣流進(jìn)行模擬。

k?ε湍流模型方程如下：

3 計(jì)算模型的建立

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

圖1 雙排氣扇灶臺(tái)示意圖

家用燃?xì)庠钚阅軈?shù)，燃?xì)夥N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(qiáng)為0Pa，灶臺(tái)邊界設(shè)定為WALL。

4 結(jié)果與分析

計(jì)算結(jié)果的溫度等值線圖如圖2所示。

圖2 溫度等值線

計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果的壓強(qiáng)等值線圖如圖8所示。

圖8 壓強(qiáng)等值線

計(jì)算結(jié)果的壓強(qiáng)等值線局部放大圖如圖9所示。

圖9 壓強(qiáng)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(duì)稱地遞減?？拷钆_(tái)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(duì)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(duì)稱的分布。在排氣扇上側(cè)氣流對(duì)稱地向下方流動(dòng)，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(fù)壓增大，而在雙排風(fēng)口中間處有較低的負(fù)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(yùn)，而溫度輸運(yùn)對(duì)氣流卻幾乎沒有影響。另外，流場(chǎng)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(duì)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(yùn)，而溫度輸運(yùn)對(duì)氣流卻幾乎沒有影響。所以設(shè)計(jì)排氣灶的氣動(dòng)性能才是主要的。

另外，流場(chǎng)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(diǎn)在于灶內(nèi)的組裝。排氣灶的優(yōu)良設(shè)計(jì)關(guān)系到廚房甚至是整個(gè)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(jì)方面有著潛力。

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