【摘要】：集成灶于2003年首次出現(xiàn)在中國,是現(xiàn)代廚房中最流行、高效的廚電產(chǎn)品之一,具有抽煙效果好、功能集成度高、尺寸小等優(yōu)點(diǎn),近幾年集成灶發(fā)展速度快、普及率越來越高。多葉式離心通風(fēng)機(jī)具有尺寸小、流量系數(shù)大、壓力系數(shù)高等特點(diǎn),常配備于集成灶內(nèi)部,作為集成灶風(fēng)道的動力源。隨著集成灶的高速發(fā)展,國內(nèi)外對集成灶內(nèi)部風(fēng)道的研究較缺乏,尚處于初期發(fā)展階段,但是對其風(fēng)量、壓力、效率、噪聲等性能參數(shù)提出越來越高的要求。因此,探索并優(yōu)化集成灶風(fēng)道系統(tǒng)及其內(nèi)部多葉式離心通風(fēng)機(jī)的流場特征和聲場特性對現(xiàn)代廚房工作環(huán)境的改善具有重要意義。以合作單位提供的X7Z型集成灶風(fēng)道及其多葉式離心通風(fēng)機(jī)為研究對象,本文選取數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩種方法來研究集成灶風(fēng)道系統(tǒng)及其多葉式離心通風(fēng)機(jī)的性能和噪聲特性。集成灶風(fēng)道的性能和流場特征通過三維數(shù)值計(jì)算進(jìn)行分析,采用聲比擬方程進(jìn)行多葉式通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的非定常大渦模擬(LES)數(shù)值計(jì)算,通過設(shè)置在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的Ffowcs WilliamsHawkings(FW-H)監(jiān)視器預(yù)測風(fēng)機(jī)噪音和頻譜特性。本文對集成灶風(fēng)道及其多葉式離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行不同幾何參數(shù)的改型,包括進(jìn)出口風(fēng)箱、風(fēng)機(jī)葉片和蝸舌結(jié)構(gòu),探究了集成灶風(fēng)道各幾何參數(shù)對整機(jī)的內(nèi)部流場和聲場影響規(guī)律,為集成灶風(fēng)道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)探究導(dǎo)風(fēng)箱的順向和逆向連接布局對集成灶內(nèi)部流動和氣動性能的影響。數(shù)值結(jié)果表明了順時(shí)針的連接可以有效地降低集成灶內(nèi)部壓力、渦量和湍動能分布的梯度,抑制集成灶出口風(fēng)道的渦結(jié)構(gòu),減少了內(nèi)部的流動損失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明順時(shí)針連接可以實(shí)現(xiàn)提高集成灶氣動載荷。(2)基于風(fēng)道系統(tǒng)中的合理管路設(shè)計(jì)。在集成灶進(jìn)口段的集風(fēng)箱采用封閉式結(jié)構(gòu),出口段的導(dǎo)風(fēng)箱采用導(dǎo)葉式結(jié)構(gòu),有效提高了風(fēng)機(jī)連接段氣流的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明采用風(fēng)道進(jìn)出口的耦合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)集成灶內(nèi)部流場調(diào)控的目的,使得進(jìn)出風(fēng)道內(nèi)部流動分布更加均勻,減少流動損失。在相同的流量和轉(zhuǎn)速工況下,集成灶風(fēng)道系統(tǒng)性能改善效果最佳的是全壓由173.7Pa提升至188.7Pa提高了8.6%,全壓效率最大提高了5.4%,實(shí)現(xiàn)提高集成灶氣動載荷。實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)后集成灶的噪聲幾乎不變,而集成灶氣動載荷的提升可以在保持集成灶相同流量和壓力工況下,通過降低離心通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)集成灶噪聲1.0dB左右的降低。(3)基于耦合仿生的葉片設(shè)計(jì)。通過改變?nèi)~片前后緣形狀,研究其對集成灶內(nèi)部流動和輻射噪聲產(chǎn)生的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用耦合仿生葉片有效控制了集成灶風(fēng)道的噪聲,但對集成灶氣動性能的影響不大。該波浪前緣蒼鷹翼尾緣葉片的設(shè)計(jì),削減了葉片之間的相互干涉作用,以及葉片與蝸舌之間的動靜干涉效應(yīng),降低了風(fēng)機(jī)內(nèi)部的離散噪聲。(4)通過改變風(fēng)機(jī)蝸舌結(jié)構(gòu),研究其對用于集成灶的多葉式離心通風(fēng)機(jī)性能和聲壓級的影響。通過離心通風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了基于FW-H方程的Lighthill噪聲比擬方法與采用大渦模擬的噪聲數(shù)值方法能有效地預(yù)測多葉式離心通風(fēng)機(jī)的噪聲。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明階梯蝸舍數(shù)組能夠改善通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場結(jié)構(gòu),使得內(nèi)部流動分布更加均勻,減少流動損失;同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明在相同的流量和轉(zhuǎn)速工況下,階梯蝸舌的設(shè)計(jì)有效改善了多葉式離心通風(fēng)機(jī)的性能和噪聲,且雙階梯蝸舌的模型比單階梯蝸舌的模型具有更佳的優(yōu)化效果。
【圖文】：

圖 1.1 由 Samuel Cleland Davidson 發(fā)明的原始 Sirocco 風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓力、效率、噪聲等性能參數(shù)是集成灶煙機(jī)部分的關(guān)鍵指標(biāo)，與傳統(tǒng)煙灶灶的許多性能已經(jīng)有顯著改進(jìn)，但行業(yè)的發(fā)展時(shí)間短，很多產(chǎn)品的性能指標(biāo)尚未用戶的高質(zhì)量需求。因此，如何提高集成灶氣動性能和抑制噪聲都需要進(jìn)一步深多葉式前彎離心風(fēng)機(jī)是集成灶的動力源，，油煙為熱混合的空氣，集成灶的噪聲分氣動噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲，其中氣體流經(jīng)集成灶風(fēng)道時(shí)產(chǎn)生的氣動噪聲是生的首要噪聲源。噪聲的控制主要分為主動降噪和被動降噪，被動降噪一般需要，增加產(chǎn)品造價(jià)、裝置體積大，而主動降噪雖然降噪效果有限，但是從本質(zhì)上改和風(fēng)機(jī)噪聲，且不增加造價(jià)。因此本文采用主動降噪的噪聲控制措施，不涉及被根據(jù)目前中國市場上最暢銷的火星人、億田、美大、帥豐等集成灶產(chǎn)品的特點(diǎn)，心通風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道直接連接整機(jī)進(jìn)出口風(fēng)道，造成集成灶內(nèi)部流動損失，產(chǎn)生這些是集成灶的噪聲源之一，影響集成灶性能和噪聲的關(guān)鍵因素是集成灶入口通

測試用的風(fēng)機(jī)實(shí)物模型如圖3.3 所示。為了便于網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算，對原模型的整體結(jié)構(gòu)做了簡化處理，簡化后的多葉式離心通風(fēng)機(jī)的三維幾何模型如圖 3.4 所示，表 3.2 列出了風(fēng)機(jī)一些重要尺寸。由于集成灶風(fēng)道內(nèi)部氣流較高，離心通風(fēng)機(jī)采用熔點(diǎn)高于 350℃的金屬材料，進(jìn)風(fēng)口處的采用熔點(diǎn)高于 500℃的材料。表 3.2 多葉式離心通風(fēng)機(jī)的主要幾何參數(shù)幾何參數(shù) 值葉輪入口直徑，D1（mm） 240葉輪出口直徑，D2（mm） 282葉輪寬度（mm） 100葉片圓弧半徑（mm） 14葉片厚度（mm） 0.4葉片弧長（mm） 21蝸殼寬度（mm） 119蝸舌半徑（mm） 16葉輪-蝸舌的間距（mm） 22.66入口集流器直徑（mm） 114入口集流器長度（mm） 10葉片入口角（°） 67.9葉片出口角（°） 163.7葉片類型與數(shù)目 等距葉片，60(a)葉輪 (b)風(fēng)機(jī)圖 3
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU996.75

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本文編號：2595321