291 住宅厨房变压式排气系统的数值模拟

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1、住宅厨房变压式排气系统的数值模拟邵治民1，樊越胜1，曲博21西安建筑科技大学，2西安青云产业有限公司摘要：针对高层住宅厨房集中式排气系统串烟的问题，运用CFD技术对3种形式的FPQ型排气道进行了速度场和压力场的模拟计算，结果表明：①只设导流装置的系统使用效果较好，系统的平均排气量为371.7m3/h，用户最大与最小排气量的差值为176.3m3/h；②若以吸油烟机油烟捕集效率为90%的排气量作为设计值，即使对于排气效果较好的上述系统，当同时使用系数为0.66时，约有60%的用户达不到设计排气量；未

2、开机用户支管的静压值在116.2～197.3Pa之间，出现串烟的可能性较大。关键词：排气道；进气口；数值模拟；排气量0引言共用竖向集中排气系统是目前住宅厨房使用较多的一种通风排气方式。该系统的主要动力源是各家厨房的吸油烟机；排气道一般为定型产品，多数为等截面排气道，大都带有引射导流装置和止逆构件，起到防倒灌、防串烟的作用；排气道出屋面后设置防雨或无动力风帽，一般无屋顶风机[1]。但是，实际使用中这种系统还是存在不同住户间串烟、串味的现象，影响居民的日常生活[2，3]。国家建筑标准设计图集：07J

3、916-1住宅排气道（一）中，有五种形式的排气道可供选择，这五种定型产品都采取了相应的措施，来改善系统的排气效果和防止串烟、串味的发生，如：图集中的FPQ型排气道就根据流体力学原理设置了变压板和导流装置，且在各户的排气口处安装防串烟止逆阀和导流式防火阀[4]。本文针对FPQ型排气道（模型1）进行了Fluent模拟计算，并与无变压板、有导流装置（模型2）和无变压板、无导流装置（模型3）的排气道做了对比，分析各自的使用效果。1物理模型及网格划分12层住宅厨房排气系统，模型如图1所示，层高取2.8m，

4、排气道的规格及附属件的尺寸详见文献[3]。使用GAMBIT软件为CFD模拟生成网格模型。采用三维模拟，以结构化网格中的六面体网格单元为主，主要采用Map、Submap、和Cooper网格划分类型[5]，局部网格划分结果见图2。图1物理模型图2局部网格生成结果2Fluent计算说明[6]2.1求解器的选择和求解控制参数的设置选择分离式求解器的隐式方案进行控制方程的线性化。压力方程的离散格式采用STANDARD格式，压力-速度耦合采用SIMPLEC算法，动量、湍动能和湍动耗散率方程选择二阶迎风离散格

5、式。2.2计算模型的确定本模拟以空气代替油烟为流体介质，空气可以认为是不可压流体、符合Boussinesq假设、满足理想气体状态方程。采用标准κ-ε湍流模型进行计算，在近壁区采用标准壁面函数法处理，不考虑温度的影响[7]。对于稳态不可压流动，其基本控制方程[8]如下：连续性方程：(1)动量方程：(2)湍动能k方程：(3)湍流动能耗散率ε方程：(4)以上各式中，，为速度，，为张量下标，取1，2，3；为流体密度；为粘度系数；为湍流引起的粘度系数；为湍流脉动动能；为湍流动能耗散率。经验常数[9]=1.

6、44，=1.92，=0.09，=1.0，=1.3。2.3边界条件的设置（1）进口边界条件：当用户吸油烟机开启时，进口边界取外部进气扇类型；当吸油烟机未开启时，假设止逆阀关闭严密，取壁面类型。借用文献[10]中对吸油烟机的检测数据，经多项式拟合，得出风量-全压特性曲线为：P=300.5+0.102Q-0.001Q2+6.8E-7Q3（R2=0.981）。根据体积流量与流速的关系可得出全压-流速关系式（5），将式（5）作为外部进气扇边界条件中的压力阶跃函数。P=300+6.24ν－3.75ν2+0.

7、16ν3（5）式中：P——吸油烟机的全压，Pa；v——用户支管入口的流速，m/s。（2）出口边界条件：排气道出屋面设防雨雪、防倒灌功能的排气风帽，阻力系数ζ在0.5～1.2之间[11]，模拟中出口边界条件取排风口类型，阻力系数取ζ=1.0。（3）壁面边界：壁面均取无滑移壁面边界条件。对于目前普遍采用的玻璃纤维增强薄壁水泥预制构件排气道，绝对粗糙度K=1.5mm时，流动阻力与实测结果基本吻合[12]，故本模拟中采用1.5mm。3模拟结果分析将模拟计算出的各用户排气量和入口处静压值，以节点平均值的形

8、式输出，具体如图3、图4所示。第10层用户主、管合流处静压分布见图5。由图3看出，模型1、3各用户的排气量变化趋势基本一致，模型3的不平衡情况最严重，最大排气量用户与最小排气量用户的差值达323.2m3/h，为系统平均排气量的85%；模型2各用户的排气量变化趋势较平缓，最大排气量用户与最小排气量用户的差值为176.3m3/h，为系统平均排气量的47%。因此，不设变压板、有导流装置的系统排气效果较好，而同时设变压板和导流装置的系统却因系统流动阻力的增加，平均排气量反而是三者中最小的，为347.9m