王伯燕

中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司 北京 100176

0 引言

IEC 61591《家用抽油煙機(jī)性能測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)在2019年修訂時(shí)增加了流體動(dòng)力效率測(cè)試，該測(cè)試從輸入功率、風(fēng)量、風(fēng)壓幾個(gè)維度對(duì)吸油煙機(jī)性能進(jìn)行整體考核[1]。通過(guò)測(cè)試得出被測(cè)吸油煙機(jī)的壓力、風(fēng)量和相應(yīng)的功率曲線，利用該曲線計(jì)算出被測(cè)吸油煙機(jī)的最佳效率點(diǎn)，最后用最佳效率點(diǎn)處的風(fēng)量、壓力、輸入功率計(jì)算得到被測(cè)吸油煙機(jī)的流體動(dòng)力效率。考慮到流體動(dòng)力效率測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，受測(cè)試環(huán)境溫度、儀器設(shè)備及人員操作等因素影響比較大，所以實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度評(píng)定有著重要意義。本次選擇的流體動(dòng)力效率測(cè)試裝置為多噴嘴式風(fēng)室結(jié)構(gòu)[2]，測(cè)試裝置示意圖如圖1所示。空氣通過(guò)噴嘴時(shí)，噴嘴的上游側(cè)和下游側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)靜壓差，通過(guò)這個(gè)靜壓差、空氣密度、噴嘴喉部直徑以及噴嘴的流量系數(shù)可以計(jì)算出在該噴嘴工況點(diǎn)的風(fēng)量。

圖1 噴嘴式流體效率測(cè)試裝置

1 測(cè)量過(guò)程

吸油煙機(jī)的出氣口連接到壓力補(bǔ)償室，管道直徑必須與出風(fēng)口的直徑相同。連接管道的長(zhǎng)度為管道直徑的5倍。

被測(cè)吸油煙機(jī)在正常使用能連續(xù)工作的最高檔位下至少運(yùn)行30 min，進(jìn)行預(yù)熱。

根據(jù)被測(cè)吸油煙機(jī)的風(fēng)量選擇對(duì)應(yīng)的噴嘴。

風(fēng)量測(cè)試裝置采集每個(gè)工況點(diǎn)的壓力、溫度、輸入功率等，得到被測(cè)樣機(jī)的壓力、風(fēng)量和相應(yīng)的功率曲線。為了保證測(cè)試精度，至少要有25個(gè)工況點(diǎn)。

利用該曲線計(jì)算出被測(cè)吸油煙機(jī)的最佳效率點(diǎn)，最后用最佳效率點(diǎn)處的風(fēng)量、壓力、輸入功率計(jì)算得到被測(cè)吸油煙機(jī)的流體動(dòng)力效率。最佳效率點(diǎn)示例圖如圖2所示。

圖2 最佳效率點(diǎn)示例圖

吸油煙機(jī)的流體動(dòng)力效率FDEhood按照公式（1）求得：

式中：

FDEhood-流體動(dòng)力效率，單位為%；

QBEP-最佳效率點(diǎn)的風(fēng)量，單位為m3/h；

?pBEP-最佳效率點(diǎn)處?kù)o壓差，單位為Pa；

PBEP-最佳效率點(diǎn)上被測(cè)吸油煙機(jī)的輸入功率，單位為W。

2 建立測(cè)量模型

吸油煙機(jī)的最佳效率點(diǎn)處?kù)o壓差?PBEP按照公式（2）計(jì)算：

式中：

?ps-試驗(yàn)條件下腔室內(nèi)的靜壓，單位為Pa；

ρRef-參考空氣的密度，為1.2 kg/m3；

ρCha-試驗(yàn)條件下風(fēng)室中的空氣密度，單位為kg/m3。

ρa(bǔ)-空氣密度，單位為kg/m3。

空氣密度ρa(bǔ)按照公式（3）計(jì)算：

式中：

pa-被測(cè)吸油煙機(jī)高度上的大氣壓強(qiáng)，單位為Pa；

pv-空氣中的水蒸氣分壓，這里約等于0 Pa；

Θa-環(huán)境絕對(duì)溫度，單位為K。

環(huán)境絕對(duì)溫度按照公式（4）計(jì)算：

式中：

ta-實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度，單位為℃。

最佳效率點(diǎn)的風(fēng)量QBEP按照公式（5）計(jì)算：

式中：

qm-最佳效率點(diǎn)的質(zhì)量風(fēng)量，單位為kg/s。

式中：

α-噴嘴流量系數(shù)；

d-噴嘴喉部直徑，單位為m；

?p-噴嘴上下游空氣壓差，單位為Pa。

其中對(duì)于L?d=0.6，噴嘴流量系數(shù)α按照公式（7）計(jì)算：

式中：

Red-管道雷諾數(shù)；

αAu-噴嘴上游的流體動(dòng)能系數(shù)，對(duì)于風(fēng)室內(nèi)多噴嘴為1；

β=d/D噴嘴內(nèi)徑與上游管道直徑之比（對(duì)于風(fēng)室，它可以取做0）；

ε-膨脹系數(shù)，約等于1。

管道雷諾數(shù)Red按照公式（8）計(jì)算：

將公式（2）～（8）帶入公式（1），可得：

3 流體動(dòng)力效率的A類不確定度評(píng)定

測(cè)試條件：大氣壓為100583 Pa，環(huán)境溫度為24.3℃，測(cè)試最佳效率點(diǎn)壓差為288.28 Pa，風(fēng)室內(nèi)的靜壓為249.32 Pa，選擇的噴嘴為一個(gè)φ50 mm噴嘴和兩個(gè)φ60 mm噴嘴，被測(cè)樣機(jī)的輸入功率為103.28 W。其壓力-風(fēng)量-功率曲線如圖3所示。

圖3 壓力-風(fēng)量-功率曲線

按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某品牌吸油煙機(jī)樣機(jī)進(jìn)行10次流體動(dòng)力效率測(cè)試，其壓力、風(fēng)量、內(nèi)率及最佳效率點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)如表1所示，流體動(dòng)力效率測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 壓力-風(fēng)量-功率及最佳效率點(diǎn)數(shù)據(jù)

表2 流體動(dòng)力效率各不確定度分量

表2 流體動(dòng)力效率測(cè)試結(jié)果

根據(jù)貝塞爾公式，可得流體動(dòng)力效率重復(fù)性引入的A類不確定度分量，計(jì)算公式為：

4 流體動(dòng)力效率的B類不確定度評(píng)定

由公式（9）可知，流體動(dòng)力效率的不確定度由實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度ta、測(cè)試裝置噴嘴上下游空氣壓差?p、噴嘴喉部直徑d、測(cè)試裝置高度上的大氣壓強(qiáng)pa、測(cè)試裝置風(fēng)室內(nèi)的靜壓?ps和最佳效率點(diǎn)上被測(cè)吸油煙機(jī)的輸入功率PBEP的不確定度決定。

4.1 環(huán)境溫度ta引入的B類不確定度分量

由吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率測(cè)試裝置的說(shuō)明書可知，測(cè)試裝置中環(huán)境溫度傳感器的精度為±0.5℃，按照矩形分布估計(jì)，環(huán)境溫度測(cè)量的不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

4.2 噴嘴上下游壓差?p引入的B類不確定度分量

由吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率測(cè)試裝置的說(shuō)明書可知，測(cè)試裝置中噴嘴上下游空氣壓差傳感器的精度為±0.5%，按照矩形分布估計(jì)，噴嘴上下游空氣壓差測(cè)量的不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

4.3 風(fēng)室內(nèi)噴嘴喉部直徑d引入的B類不確定度分量

由吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率測(cè)試裝置的說(shuō)明書可知，測(cè)試裝置風(fēng)室內(nèi)噴嘴喉部直徑的極限偏差為0.001d，按照矩形分布估計(jì)，風(fēng)室內(nèi)φ50 mm噴嘴（d1）喉部直徑測(cè)量的不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

風(fēng)室內(nèi)φ60 mm噴嘴d2喉部直徑測(cè)量的不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

4.4 大氣壓強(qiáng)pa引入的B類不確定度分量

本次測(cè)試選擇空盒氣壓表測(cè)量實(shí)驗(yàn)室大氣壓強(qiáng)，根據(jù)空盒氣壓表的校準(zhǔn)證書，空盒氣壓表擴(kuò)展不確定度為0.8 hPa，k=2，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.4 hPa。其靈敏系數(shù)為：

4.5 風(fēng)室內(nèi)的靜壓?ps引入的B類不確定度分量

由吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率測(cè)試裝置的說(shuō)明書可知，測(cè)試裝置風(fēng)室內(nèi)的靜壓傳感器的精度為±0.5%，按照矩形分布估計(jì)，風(fēng)室內(nèi)的靜壓測(cè)量的不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

4.6 最佳效率點(diǎn)上被測(cè)吸油煙機(jī)的輸入功率PBEP引入的B類不確定度分量

本次測(cè)試使用橫河WT310數(shù)字電參數(shù)儀測(cè)試吸油煙機(jī)輸入功率。由數(shù)字電參數(shù)儀校準(zhǔn)證書可知，數(shù)字電參數(shù)儀功率示值測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.15%。本次實(shí)驗(yàn)吸油煙機(jī)的輸入功率為103.28 W。被測(cè)吸油煙機(jī)的輸入功率測(cè)量不確定度：

其靈敏系數(shù)為：

5 流體動(dòng)力效率不確定度

流體動(dòng)力效率各不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

流體動(dòng)力效率的合成不確定度為：

取包含因子k=2，流體動(dòng)力效率的擴(kuò)展不確定度為：

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率的不確定度的分析，可以看出對(duì)吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率的主要影響因素是測(cè)試重復(fù)性和測(cè)試設(shè)備的精度；對(duì)吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率的主要影響測(cè)試設(shè)備因素為靜壓測(cè)試。因此實(shí)驗(yàn)室可以從以上幾個(gè)方面有針對(duì)性地制定質(zhì)量控制計(jì)劃，積極開展內(nèi)部質(zhì)量控制和外部實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，或者參與吸油煙機(jī)流體動(dòng)力效率的能力驗(yàn)證，不斷提升實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)質(zhì)量和檢測(cè)能力。