李方方

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

伴随着我国经济的发展，人们生活方式已经发生了改变，城市人群大部分时间在室内度过。同时人们对居住环境要求也越来越高。提高人们的居住品质，使人们在室内可以达到较高舒适度，是每一个人居环境工作者努力的目标。而厨房是人们生活的重要空间，同时也是民用建筑物室内最主要污染源聚集地。为了了解厨房污染源的扩散特性，必须掌握厨房室内的气流规律和运动机理。厨房内的气流运动直接受到排气灶台的影响。而排气灶台内部及周边的环境极其复杂，气流组织为热流耦合的湍流运动。本文利用FLUNENT商业软件对排气灶台周围的气流进行了仿真模拟，得到一些基本的模拟数据，并且对数据进行了初步的分析，以方便今后的研究工作和工程应用。

1 控制方程组

排气灶台周围的气流为低雷诺数不可压热流耦合流动，其控制方程如下：

式中ρ为流体密度，对于不可压缩流体为常数，Cp为流体定压比热，k为分子扩散系数，µ为分子动力粘性系数，ui是i方向的速度分量，T是温度变量。σij是由分子粘性决定的应力张量，可用下式表示：

2 湍流模型

厨房内的气流运动直接受到排气灶台的影响。而排气灶台内部及周边的环境极其复杂，气流组织为热流耦合的湍流运动。在这里我们选择k−ε湍流模型，对灶台周围的气流进行模拟。

k−ε湍流模型方程如下：

3 计算模型的建立

排气扇灶台示意图如图1。本文采用双排气系统，灶台高700mm，宽700mm，在灶台正上方600mm处设置排气扇。

图1 双排气扇灶台示意图

家用燃气灶性能参数，燃气种类取天然气，气压为2000Pa。排气扇性能参数，额定电压为220V，风量为500m3/h，风压取200Pa。

周边边界设定为Pressure-outlet，压强为0Pa，灶台边界设定为WALL。

4 结果与分析

计算结果的温度等值线图如图2所示。

图2 温度等值线

计算结果的温度等值线局部放大图如图3所示。

图3 温度等值线局部放大图

计算结果的X速度等值线图如图4所示。

图4 X速度等值线图

计算结果的X速度等值线局部放大图如图5所示。

图5 X速度等值线局部放大图

计算结果的Y速度等值线图如图6所示。

图6 Y速度等值线图

计算结果的Y速度等值线局部放大图如图7所示。

图7 Y速度等值线局部放大图

计算结果的压强等值线图如图8所示。

图8 压强等值线

计算结果的压强等值线局部放大图如图9所示。

图9 压强等值线局部放大图

由图2和图3可以看出：温度从中轴线向外侧对称地递减。靠近灶台处的温度梯度小于排气扇处的温度梯度。

由图4和图5可以看出：X速度从下向上逐渐增大，从外侧向里侧逐渐减小直至静止，并且呈现轴对称的分布。

由图6和图7可以看出：Y速度从下向上逐渐增大。Y速度从外侧向里侧逐渐减小，并且呈现轴对称的分布。在排气扇上侧气流对称地向下方流动，越靠近排风口速度越大。

由图8和图9可以看出：靠近排风口负压增大，而在双排风口中间处有较低的负压。

由上面的分析可以看出气流的组织严重影响到温度的输运，而温度输运对气流却几乎没有影响。另外，流场的特性只在排气系统附近有变化，其影响范围极其有限。

5 结语

本文的模拟可以看到k−ε湍流模型对厨房排气灶气流有较好的模拟结果。

由上面的分析可以看出气流的组织严重影响到温度的输运，而温度输运对气流却几乎没有影响。所以设计排气灶的气动性能才是主要的。

另外，流场的特性只在排气系统附近有变化，其影响范围极其有限。可见排气灶的安装重点在于灶内的组装。排气灶的优良设计关系到厨房甚至是整个家居环境的优劣。本文的讨论只是粗略地将CFD技术应用到排气灶的环境分析中，得到了一些有用的结论，可见CFD技术在排气灶辅助设计方面有着潜力。

[1]王媛,汪彤．城市与农村厨房空气污染状况比对[J]．安全 ．2008,29(1)：97-100．

[2]Chiang TA, Wu P F , Ko Y C ．Prevention of exposure to mutagenic fumes produced by hot cooking oil in Taiwan kitchens[J]．Environ Mol Mutagen,1998，31(1):92-96．

[3]厉曙光，黄听．家庭厨房烹调油烟污染的危害闭[J]．上海预防医学杂志，2003,(15):57-59．

[4]陶文铨．数值传热学[M]．西安：西安交通大学出版社,2010．