基于人造龙卷风效应的复合净化环保抽油烟机

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  作者简介:于磊(1996年2月) 男,汉族,河南省周口市,武汉理工大学能源与动力工程学院,本科在读,节能技术、轮机工程
  摘 要: 龙卷风环保抽油烟机针对现有抽油烟机抽吸效率低、油烟易逸散、未对油烟进行净化处理且需要后吸才能彻底抽吸而增加了非必需能耗的缺点。通过改变烟气的流动形式和路径,实现抽油烟机对烟气的高效抽吸,有效控制了室内油烟逸散并对油烟进行净化处理,降低油烟对人体和环境的影响。
  关键词: 人造龙卷风效应;冷凝吸附;电离;环保抽油烟机
  【中图分类号】 THl22 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879(2018)08-0198-02
  1、引言
  油烟是家庭生活中的主要污染物。英国有关研究报告表明,厨房油烟可导致肺癌、肺炎及多种呼吸道疾病。油烟也是形成雾霾的特殊机理之一,国家在政府报告中把针对雾霾的治理工作提上日程,因此对于环保节能抽油烟机的研究具有重要意义。目前,抽油烟机普遍采用点汇式效应进行抽吸,这种抽吸方式由于其吸气过程中气流能量的快速衰减导致吸气影响区域很小,容易使油烟逸散,且在烹饪完成后抽油烟机仍需继续运行数分钟才能完成抽吸。而无论采用顶吸还是侧吸工作,其抽吸效果都不理想,抽吸效率仅能达到70%~85%。若一味提高风机功率和风量来达到较佳吸排效果,则会导致油烟机所吸入气体中的空气百分比增加,造成产品耗能高、噪声大的不足。为此,本文提出了一种基于人造龙卷风效应的复合净化环保抽油烟机的新型设计,并进行了理论建模分析与研究。
  2、环保抽油烟机的具体设计过程
  本文整体设计可分为油烟抽吸装置和油烟净化装置。
  2.1油烟抽吸装置设计。
  环保抽油烟机抽吸装置整体结构如图1所示。主要由旋转射流装置、同轴电机、主叶轮、辅叶轮、送风管路等组成。通过对人造龙卷风效应的形成机理进行分析,可以得出形成人造龙卷风效应需要两个关键因素:垂直方向的上升气流与水平方向的剪切力。本文采用同轴电机与旋转射流装置实现龙卷风效应。由同轴电机同时带动主叶轮和辅叶轮转动,主叶轮旋转形成上升气流;辅叶轮转动产生的气流则通过四路通风管道送入旋转射流装置,旋转射流装置利用空气的的粘性效应,在粘性切应力的作用下,通过屏蔽射流罩形成旋转气流。上升气流与旋转气流相耦合形成人造龙卷风流场,从而实现对厨房油烟的高效抽吸。
  2.1.1旋转射流装置的设计。
  人造龙卷风效应主要在旋转射流装置内产生。旋转射流装置设计有四个进风口,通过同轴电机的辅叶轮送风。针对该装置产生的龙卷风流场进行仿真,可以得到旋转气流与上升气流的最佳流量比在0.35-0.50之间。综合参照油烟机国家标准GB/T17713-2011尺寸设计标准要求,得到了旋转射流装置的基本参数,如表1所示。考虑到抽油烟机的装配规范,本文旋转射流装置采用厚度为3mm的轻质铝合金材料制作。
  2.1.2同轴电机的设计。
  文的环保油烟机摈弃了现有油烟机采用的单离心叶轮电机的设计,新设计的同轴电机由一根输出轴同时带动上下两个叶轮。下方的主叶轮为离心叶轮,旋转产生负压从而形成向上的气流;上方的送风叶轮将风送至旋流罩从而形成水平方向的剪切力。同轴电机的设计可不需再单独安装送风机,既能合理利用油烟机的内部空间,又能解决送风机的能耗问题。
  2.2油烟净化装置的设计。
  为实现油烟的彻底净化,减少大气污染,本文设计的环保油烟机使用冷凝吸附及电离净化装置。油烟由基于人造龙卷风效应的旋转射流装置抽吸口吸入,经初次过滤网过滤后进入冷凝吸附装置,吸附的油液经管道回收到油杯中,残余的烟气经电离分解装置净化后排到空气中,从而达到环保的效果。
  2.2.1冷凝吸附装置的设计。
  冷凝吸附回收装置主要由冷凝网、回油道、回油杯及吸附材料组成,其布置在主叶轮后方,主要实现对高温油烟的冷凝吸附回收。烹调油烟的主要成分为烷烃、烯烃等化合物,油烟颗粒直径在10~400μm之间,针对此类颗粒,采用双层冷凝过滤网,在不影响进风效率的情况下,对油烟进行冷凝回收。油烟机工作时,无数油烟颗粒在经过该装置时附着在网面,汇聚为油滴,油滴在重力作用下顺回油道流入可拆卸回油杯,以此实现对油烟的一次净化。冷凝吸附原理如图2所示。
  2.2.2电离净化装置。
  经过冷凝吸附后的残余烟气继续进入电离室,电离净化装置由极化区和收集区两部分组成。在极化区,正负极之间产生一个不均匀的高压电场。当带有污染物的小颗粒气溶胶体通过电场时,自由电子和正离子不断地碰撞并吸附到油烟微粒上,从而使油烟带电。带电油烟微粒穿过极化区,进入收集区后,在极板间受到电场力的作用而向与自身电性相反的极板偏转,最终被极板所捕获,在高能量电场的作用下分解,生成主要产物二氧化碳和水蒸气,以及少量的灰烬。进一步降低了油烟排放浓度,减少环境污染。
  3、结语
  本文所述环保油烟机创新性的将人造龙卷风效应应用于抽油烟机上,同时运用冷凝吸附与电离净化的原理,不仅实现了对油烟的高效率抽吸,还能够实现高效净化油烟,低污染排放的环保需求。另外,本文所述抽油烟机还具有结构简单,所需材料及加工工艺与传统抽油烟机差异甚小,且制造成本低,易于推广的优点。
  参考文献
  [1] 杜杰伟等.基于空气倍增的吸附电解净化环保抽油烟机设计[J].变频器世界,2014.06
  [2] 张景松,周世宁 .人造龙卷风控制抽吸[J].中国矿业大学學报,1996.01
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