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本论文依托桂林市科学技术局资助的“住宅厨房集中烟道空气动力学分析及桂林市烟道优化设计研究”课题。主要是针对多层住宅厨房集中排烟道系统设计方法的研究,目的是在现有集中排烟道系统研究与使用的基础上,通过理论推导、数值模拟及计算机辅助的方法,分析排烟道系统中流场的分布情况,确定系统达到最佳排烟量的结构形式,为排烟道系统的设计及使用提出了一个通用、快捷、经济的预测方法。
本文利用计算流体动力学方法,建立集中排烟道内流场的数学物理模型,得出三维直角坐标系下的烟气流动的控制方程,并讨论了三维湍流流动的计算理论,采用时均化的N-S方程加湍流模型的方法使控制方程封闭,即利用Reynolds平均法将控制方程中的相关变量时均化,得出用时均化的N-S方程,然后选用标准k-ε模型封闭方程组。最后,利用有限体积法对控制方程组进行离散,得到离散方程,为计算机的辅助分析提供理论基础。
采用大型有限元分析软件ANSYS的FLOTRAN CFD功能对集中排烟道(以主次式为例)内流场进行三维建模、划分网格、施加边界及载荷、求解,得出了排烟道内烟气流动的数值模拟的步骤;应用ANSYS自带的二次开发工具—APDL语言,编写了烟气流动的计算命令流程序,该程序的用途是在给定所需的各项设计参数与要求的前提下,改变程序中的相关项即可对流场进行模拟分析,对集中排烟道系统的运行情况进行预测。
利用已编制的ANSYS程序,对主次式集中排烟道在不同工况下,采用不同性能指标的吸油烟机,进行了模拟分析,得出了排烟道内烟气流动的速度矢量分布图和压力分布图,分析了流场流动特点及各层住户之间的相互影响,提出了串烟率(即串入住户内的油烟量与开机用户排放的油烟量的比值)可以为吸油烟机的选择提供参考,使排烟道系统运行效果得到改善,从而验证了程序的可行性。本文以桂林市常用的主次式集中排烟道为例(六层),模拟了排烟道系统的结构形式对排烟量的影响,得出了达到最佳排烟量时的结构设计方案,为烟道设计提供参考。