集成灶风道内部流场及噪声特性研究

发布时间：2020-03-22 16:37

【摘要】：集成灶于2003年首次出现在中国,是现代厨房中最流行、高效的厨电产品之一,具有抽烟效果好、功能集成度高、尺寸小等优点,近几年集成灶发展速度快、普及率越来越高。多叶式离心通风机具有尺寸小、流量系数大、压力系数高等特点,常配备于集成灶内部,作为集成灶风道的动力源。随着集成灶的高速发展,国内外对集成灶内部风道的研究较缺乏,尚处于初期发展阶段,但是对其风量、压力、效率、噪声等性能参数提出越来越高的要求。因此,探索并优化集成灶风道系统及其内部多叶式离心通风机的流场特征和声场特性对现代厨房工作环境的改善具有重要意义。以合作单位提供的X7Z型集成灶风道及其多叶式离心通风机为研究对象,本文选取数值计算和实验两种方法来研究集成灶风道系统及其多叶式离心通风机的性能和噪声特性。集成灶风道的性能和流场特征通过三维数值计算进行分析,采用声比拟方程进行多叶式通风机在设计工况下的非定常大涡模拟(LES)数值计算,通过设置在风机进口处的Ffowcs WilliamsHawkings(FW-H)监视器预测风机噪音和频谱特性。本文对集成灶风道及其多叶式离心通风机进行不同几何参数的改型,包括进出口风箱、风机叶片和蜗舌结构,探究了集成灶风道各几何参数对整机的内部流场和声场影响规律,为集成灶风道系统的优化设计提供可靠的理论依据。本文的主要研究内容和结果如下:(1)探究导风箱的顺向和逆向连接布局对集成灶内部流动和气动性能的影响。数值结果表明了顺时针的连接可以有效地降低集成灶内部压力、涡量和湍动能分布的梯度,抑制集成灶出口风道的涡结构,减少了内部的流动损失。实验结果表明顺时针连接可以实现提高集成灶气动载荷。(2)基于风道系统中的合理管路设计。在集成灶进口段的集风箱采用封闭式结构,出口段的导风箱采用导叶式结构,有效提高了风机连接段气流的稳定性。研究结果表明采用风道进出口的耦合设计实现集成灶内部流场调控的目的,使得进出风道内部流动分布更加均匀,减少流动损失。在相同的流量和转速工况下,集成灶风道系统性能改善效果最佳的是全压由173.7Pa提升至188.7Pa提高了8.6%,全压效率最大提高了5.4%,实现提高集成灶气动载荷。实验表明,改进后集成灶的噪声几乎不变,而集成灶气动载荷的提升可以在保持集成灶相同流量和压力工况下,通过降低离心通风机转速,实现集成灶噪声1.0dB左右的降低。(3)基于耦合仿生的叶片设计。通过改变叶片前后缘形状,研究其对集成灶内部流动和辐射噪声产生的影响,研究结果发现采用耦合仿生叶片有效控制了集成灶风道的噪声,但对集成灶气动性能的影响不大。该波浪前缘苍鹰翼尾缘叶片的设计,削减了叶片之间的相互干涉作用,以及叶片与蜗舌之间的动静干涉效应,降低了风机内部的离散噪声。(4)通过改变风机蜗舌结构,研究其对用于集成灶的多叶式离心通风机性能和声压级的影响。通过离心通风机实验,验证了基于FW-H方程的Lighthill噪声比拟方法与采用大涡模拟的噪声数值方法能有效地预测多叶式离心通风机的噪声。数值计算结果表明阶梯蜗舍数组能够改善通风机内部流场结构,使得内部流动分布更加均匀,减少流动损失;同时,实验结果也表明在相同的流量和转速工况下,阶梯蜗舌的设计有效改善了多叶式离心通风机的性能和噪声,且双阶梯蜗舌的模型比单阶梯蜗舌的模型具有更佳的优化效果。
【图文】：

关键指标,风机风量,烟机,性能参数

图 1.1 由 Samuel Cleland Davidson 发明的原始 Sirocco 风机风量、压力、效率、噪声等性能参数是集成灶烟机部分的关键指标，与传统烟灶灶的许多性能已经有显著改进，但行业的发展时间短，很多产品的性能指标尚未用户的高质量需求。因此，如何提高集成灶气动性能和抑制噪声都需要进一步深多叶式前弯离心风机是集成灶的动力源，，油烟为热混合的空气，集成灶的噪声分气动噪声、机械噪声和电磁噪声，其中气体流经集成灶风道时产生的气动噪声是生的首要噪声源。噪声的控制主要分为主动降噪和被动降噪，被动降噪一般需要，增加产品造价、装置体积大，而主动降噪虽然降噪效果有限，但是从本质上改和风机噪声，且不增加造价。因此本文采用主动降噪的噪声控制措施，不涉及被根据目前中国市场上最畅销的火星人、亿田、美大、帅丰等集成灶产品的特点，心通风机进出口管道直接连接整机进出口风道，造成集成灶内部流动损失，产生这些是集成灶的噪声源之一，影响集成灶性能和噪声的关键因素是集成灶入口通

离心通风机,实物模型

测试用的风机实物模型如图3.3 所示。为了便于网格划分和数值计算，对原模型的整体结构做了简化处理，简化后的多叶式离心通风机的三维几何模型如图 3.4 所示，表 3.2 列出了风机一些重要尺寸。由于集成灶风道内部气流较高，离心通风机采用熔点高于 350℃的金属材料，进风口处的采用熔点高于 500℃的材料。表 3.2 多叶式离心通风机的主要几何参数几何参数值叶轮入口直径，D1（mm） 240叶轮出口直径，D2（mm） 282叶轮宽度（mm） 100叶片圆弧半径（mm） 14叶片厚度（mm） 0.4叶片弧长（mm） 21蜗壳宽度（mm） 119蜗舌半径（mm） 16叶轮-蜗舌的间距（mm） 22.66入口集流器直径（mm） 114入口集流器长度（mm） 10叶片入口角（°） 67.9叶片出口角（°） 163.7叶片类型与数目等距叶片，60(a)叶轮 (b)风机图 3
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU996.75

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