CN105020757B - 一种可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构 - Google Patents

Abstract

一种可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，包括进风风机、送风风机和旋流器，在旋流器上设有位于中部的纵向进风通道和围在纵向贯穿通道外部的环形送风通道，纵向进风通道与进风风机的进风口通过进风管相连通，环形送风通道的上端与送风风机的出风口通过出风管相连通，环形送风通道的底端形成供送风风机吹送出的气流斜向外喷出的出气口。本发明的优点在于：旋流器的纵向进风通道和环形送风通道分别与进风风机和送风风机连通后，一方面利用进风风机的抽吸作用形成中部上升的气流，另一方面送风风机通过旋流器喷出斜向外气流并产生切向旋转速度，油烟的卷吸面更大，生成龙卷旋流流场将更大面积上的油烟往龙卷风中心吸附，从而获得更好的吸油烟效果。

Description

一种可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构

技术领域

本发明涉及一种吸油烟机的风机系统，尤其是涉及一种可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构。

背景技术

吸油烟机是厨房室内油烟捕集的主要手段，如何提高吸油烟机的抽吸效率一直是吸油烟机设计和研究的重要内容。传统的吸油烟机的吸油烟过程可看作点汇式抽吸，如图9所示，点汇式抽吸的规律是距汇点不同距离的各等速球面上流量相等，随着离开汇点距离的增大，流速呈二次方衰减，所以吸气气流的能量衰减很快，导致吸油烟机能够实际影响的吸风区域很小。因此如果能够运用技术手段将油烟限制在一定区域，实现对油烟的控制抽吸将对吸油烟机的性能有着重要的影响。

为了解决上述点汇式抽吸方式的不足，人们发明了吹吸式的吸油烟机，如专利号为 ZL97218613.1(授权公告号为CN2292241Y)的中国实用新型专利公开了一种《吹吸式排油烟机》，其特点是在现有排油烟机的吸风口外围加装一个环形送风口以及与该送风口相连的一个送风机，设置该环形送风口可使排油烟机的吸风口与灶口之间的区域形成类似龙卷风式的漩涡场，场地中心区域为负压。从而有效克服了油烟仅靠自身热浮升力上升和横向气流对油烟上升到扰动问题，从而达到了理想的排烟效果。虽然，该吹吸式排油烟机也形成了龙卷旋流，但由于其环形送风口为直筒状，环形送风口为竖直向下，为了形成气流的水平切向速度，其需要在环形送风口出口处设置导流叶片，因而不仅结构相对复杂，而且一旦导流叶片出现故障，就会大大影响吸油烟效果。此外，该吹吸式排油烟机的吹风机与吸风机为分体结构，不利于吸油烟机的整体外形设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种结构简单、吸油烟效果好的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，包括进风风机和送风风机，其特征在于：还包括有一旋流器，在所述旋流器上设有位于中部的纵向进风通道和围在纵向进风通道外部的环形送风通道，所述纵向进风通道与所述进风风机的进风口通过进风管相连通，所述环形送风通道的上端与所述送风风机的出风口通过出风管相连通，所述环形送风通道的底端形成供送风风机吹出的气流斜向外喷出的出气口。

优选地，所述纵向进风通道的上端形成与所述进风管相匹配的上吸气口，所述纵向进风通道的下端形成喇叭口状的下吸气口。

进一步优选，为了获得更好的龙卷旋流效果，所述喇叭口状的下吸气口的斜边与竖直线之间的夹角为θ，且30°≤θ≤80°。

所述上吸气口直径为D1，所述下吸气口的最大直径为D2，且D2/D1≥2。直径 D1与排风管道相匹配，D2/D1的比值根据油烟机结构及上述夹角θ的大小而相应变化，一般情况下，D2/D1≥3。

为了形成稳定的龙卷旋流，所述的出气口具有上边沿和下边沿，所述上边沿与下边沿之间的垂直距离为d，且5mm≤d≤15mm。

进一步优选，所述的上边沿位于下边沿的正上方。

为了减小送风流量的损失，所述纵向进风通道的中部形成衔接在上吸气口与下吸气口之间的斜向过渡面。这样，该斜向过渡面可以使出风阻力变小，从而在相对较小的电机功率下即可产生稳定的龙卷旋流。

为了使旋流器出风口处的气流更为均匀，所述的环形送风通道至少具有两个通风风量相当的子送风通道。这样，由于各个子送风通道的通风风量相当，因而可以获得周向均匀旋出的气流，对龙卷旋流的形成可产生有益的作用。

作为上述任一方案的优选，所述的进风风机与送风风机背面相靠组成一体，并通过同一电机驱动。将进风风机与送风风机做出一体后，可以方便吸油烟机的整体外形设计，同时也易满足形成人造龙卷风的条件。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构通过安装旋流器，旋流器的纵向进风通道和环形送风通道分别与进风风机和送风风机连通后，一方面利用进风风机的抽吸作用形成中部上升的气流，另一方面送风风机通过旋流器喷出斜向外的气流并采用屏蔽射流的方法产生切向旋转速度，油烟的卷吸面更大，生成的龙卷旋流流场将四周更大面积上的油烟往龙卷风中心吸附而防止其扩散，从而获得更好的吸油烟效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明采用两个子送风通道的结构示意图；

图3为本发明采用四个子送风通道的结构示意图；

图4为本发明采用四个子送风通道和双倾角旋流罩的结构示意图；

图5为不同射流流量下轴线轴向速度衰减曲线对比图；

图6为射流角为0°时在不同射流流量下轴线轴向速度衰减曲线对比图；

图7为不同射流角下轴线轴向速度衰减曲线对比图；

图8为不同出风缝宽下轴线轴向速度衰减曲线对比图；

图9为现有点汇式抽吸示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构包括进风风机1、送风风机2和旋流器3，在旋流器3上设有位于中部的纵向进风通道31和围在纵向进风通道31外部的环形送风通道32，纵向进风通道31与进风风机1的进风口通过进风管4 相连通而对灶具上方气流形成向上的吸力，环形送风通道32的上端与送风风机2的出风口通过出风管5相连通，环形送风通道32的底端形成供送风风机2吹出的气流斜向外喷出的出气口6。本实施例中，进风风机1与送风风机2背面相靠组成一体，并通过同一电机7驱动。

纵向进风通道31的上端形成与进风管4相匹配的上吸气口，纵向进风通道31的下端形成喇叭口状的下吸气口。设上吸气口直径为D1，下吸气口的最大直径为D2，D1 和D2也称为旋流器直径。喇叭口状的下吸气口的斜边与竖直线之间的夹角为θ，θ也称为旋流器倾角或者旋流器射流角。出气口6具有上边沿和下边沿，本实施例中，上边沿位于下边沿的正上方，上边沿与下边沿之间的垂直距离为d，d也称为出风缝宽。

如图2和3所示，环形送风通道32可以分割成至少两个通风风量相当的子送风通道，图2所示有两个子送风通道33，图3所示有四个子送风通道33。采用通风风量相当的子送风通道后，可以使旋流器出风口处的气流更为均匀，对龙卷旋流的形成可产生有益的作用。

如图4所示，纵向进风通道31的中部形成衔接在上吸气口与下吸气口之间斜向过渡面34，本实施例中，该斜向过渡面34为圆台面。由于下吸气口呈喇叭口状，这样，相当于形成了一个双倾角的旋流罩，它可以减小出风阻力，减少送风流量的损失，从而在相对较小的电机功率下即可产生稳定的龙卷旋流。

工作原理：一方面，利用吸油烟机进风风机1的抽吸作用形成中部上升的气流；另一方面，送风风机2通过旋流器3采用屏蔽射流的方法产生切向旋转速度，从旋流器3 下方的切口方向喷出，利用空气粘性效应生成水平方向的剪切力，使得进气流场生成足够的切向旋转速度，进而生成龙卷旋流流场。其主要特点是能够屏蔽隔离油烟发生区域，阻止油烟的蔓延扩散，使得吸油烟机的实际抽吸区域恰好与油烟发生区域重叠，另外，其形成的龙卷旋流吸气流场，具有强吸力，能将油烟往龙卷风中心吸附，能将油烟聚拢到中心后经油烟机排出，防止其扩散。

该龙卷旋流吸油烟机设计的关键及难点在于如何克服在吸油烟机特定风量、风压的前提下满足龙卷形成的条件形成稳定的强度合适并满足吸附油烟的龙卷旋流，并且要满足噪音、功率等方面的限制。本实施例中，在对形成人造龙卷风各参数量(包括吸风风量及流速，旋流器倾角θ，旋流器直径，旋流器出风风量及流速，旋流器出风缝宽d等) 的匹配上，通过数值仿真模拟得到了上述各参数对龙卷旋流效果的影响规律，以及形成稳定龙卷旋流的参数范围。一般情况下，旋流器倾角θ的范围：30°到80°，旋流器出风缝宽d：5mm到15mm，旋流器的上吸气口直径D1与排风管道匹配，下吸气口直径D2大于D1的3倍。另外送风风量与吸气流量必须满足一定匹配，其中喷口处吹风速度一般要在3m/s—10m/s。

以下主要分析射流流量、旋流器射流角、旋流器出风缝宽、旋流器直径等参数对旋流抽吸流场的影响：

一、射流流量对旋流抽吸流场的影响

对于给定的旋流器，其结构参数分别为旋流器直径D2＝500mm，缝宽d＝8mm，旋流器射流角θ＝80°。保持吸风风量不变，通过改变射流流量(出风速度)来研究射流流量(出风速度)对旋流抽吸流场影响的研究，设吸风风量为0.17m³/s，射流流量分别取0.068m³/s，0.051m³/s，0.034m³/s，0.017m³/s和0m³/s，表1给出了射流流量与出风速度的对照，图5给出了不同射流流量下轴线轴向速度衰减曲线对比。

数值仿真结果表明，随着射流流量的减小，其中轴线处负压值减小，负压延伸范围缩小，周向速度减小，轴线轴向速度衰减加快，龙卷旋流效果减弱。特别的，射流流量为0m³/s时，负压局限在吸气口很小的范围内，周向速度几乎为0，无旋流效果。

针对0°射流角模型，固定射流角不变，只改变射流流量，完成数值仿真以考察射流流量对龙卷效果的影响。数值仿真状态见表2。图6给出了射流角θ＝0°不同射流流量下轴线轴向速度衰减曲线对比。

对于0°射流角模型，射流流量Q_s<0.0425m³/s时，龙卷不再形成；而对于80°射流角模型，射流流量Q＝0.017m³/s，还可形成旋流。由此可见，对于不同的射流角度，对应着不同的临界射流流量。

表1射流流量与出风速度对照表

射流流量(m3/s)	出风速度(m/s)
		0.068	5.54
0.051	4.15
		0.034	2.77
0.017	1.38
		0	0

表2射流角θ＝0°不同射流流量数值仿真状态

射流角(°)	射流流量(m3/s)	是否形成龙卷
			0	0.068	是
0	0.051	是
			0	0.0425	是
0	0.034	否

二、旋流器射流角θ对旋流抽吸流场的影响

固定抽吸流量以及射流流量，只对射流角度进行修改，其它条件不变，完成数值仿真以考察射流角度对龙卷效果的影响。

图7给出了不同射流角下轴线轴向速度衰减曲线对比。

数值仿真结果表明：在抽吸流量Q_c＝0.17m³/s，射流流量Q_s＝0.068m³/s的条件下，射流角θ在80°至0°的范围内，龙卷流场均能形成，并且随着射流角的减小，龙卷效果有增强的趋势。

三、旋流器出风缝宽对旋流抽吸流场的影响

针对40°射流角模型，射流流量Q_s＝0.017m³/s，通过改变射流喷口宽度，以研究喷口宽度对龙卷效果的影响。数值仿真状态见表3。

图8给出了不同出风缝宽下轴线轴向速度衰减曲线对比。

数值仿真结果表明：随着射流喷口宽度的减小，流场轴向速度衰减变缓，龙卷效果略有增强。

表3射流角θ＝40°不同出风缝宽数值仿真状态

射流角(°)	射流流量(m3/s)	喷口宽度(mm)	是否形成龙卷
				40	0.017	8	是
40	0.017	6	是
				40	0.017	4	是

四、旋流器直径对旋流抽吸流场的影响

如图1所示，本实施例中的旋流器直径包含两个参数吸气口直径D₁和D₂，其中D₁与连接进风风机的进风管匹配，研究中采用了两种不同尺寸的抽吸风机，因而D₁有两个取值，分别为300mm和200mm；与D₁取值对应，D₂的值分别取为500mm和400mm 时数值与实验均取得了较好的龙卷效果。

对比两种模型数值仿真模拟结果可见，旋流器直径越大，所得龙卷旋流效果越稳定。但由于结构尺寸的限制，旋流器直径又不能过大。事实上，旋流器直径的选取更多的考虑了结构尺寸的限制，D2/D1的比值也可以不严格限制在大于等于2。

以下分析旋流器结构参数及吸风、出风风量的最佳匹配。

根据旋流器直径对旋流抽吸流场的影响研究并结合结构尺寸的限制，D₁选取200mm，D₂选取400mm。如果抽气风机的尺寸较大，那么D₁与D₂的值必须相应变大。

根据旋流器出风缝宽对旋流抽吸流场的影响研究，出风缝宽的减小对龙卷旋流效果有一定益处，但是过小的缝宽给模型加工制造带来不便，容易造成出风缝宽不均匀，这反而使得龙卷旋流效果变差，结果是得不偿失的。因此，出风缝宽在5mm～15mm范围内进行选取。

根据旋流器射流角对旋流抽吸流场的影响研究，虽然射流角减小，龙卷旋流效果有增强的趋势，但是对于比较小的旋流器直径，射流角小时，吹风气流与抽吸气流距离较近，这样容易造成局部的气流紊乱，对于吸油烟效果不利，折衷考虑，对于较小的旋流器直径，在30°～80°之间选取射流角。

对于给定的旋流器结构，要想得到稳定的龙卷旋流流场，旋流器吹风风量需要满足一定的条件，另外旋流器吹风风量与吸油烟机吸风风量必须满足一定的比例关系，而吹风风量及吹风/吸风的比例关系与所期望得到的龙卷旋流的高度相关。根据数值仿真及实验测量得到，对于D₁＝200mm，D₂＝400mm，θ＝60°，b＝10mm的旋流器结构参数，如果所期望的龙卷旋流高度为700mm，那么，Q_吹≥3m³/min，出风风速V_吹≥3m/s， Q_吹/Q_吸≥0.3。增加Q_吹/Q_吸值对龙卷旋流效果是有益的，然而增加Q_吹/Q_吸值就需要付出更多的能量耗费，产生更大的噪音。因此，对于该旋流器结构参数，如果所期望的龙卷旋流高度为700mm，则Q_吹取3m³/min，Q_吹/Q_吸取0.3是较合适的。

Claims (8)

1.一种可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，包括进风风机(1)和送风风机(2)，其特征在于：还包括有一旋流器(3)，在所述旋流器(3)上设有位于中部的纵向进风通道(31)和围在纵向进风通道外部的环形送风通道(32)，所述纵向进风通道(31)与所述进风风机(1)的进风口通过进风管(4)相连通，所述环形送风通道(32)的上端与所述送风风机(2)的出风口通过出风管(5)相连通，所述环形送风通道(32)的底端形成供送风风机(2)吹出的气流斜向外喷出的出气口(6)，所述纵向进风通道(31)的上端形成与所述进风管(4)相匹配的上吸气口，所述纵向进风通道(31 )的下端形成喇叭口状的下吸气口。

2.根据权利要求1所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述喇叭口状的下吸气口的斜边与竖直线之间的夹角为θ，且30°≤θ≤80°。

3.根据权利要求1所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述上吸气口直径为D1，所述下吸气口的最大直径为D2，且D2/D1≥2。

4.根据权利要求1所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述的出气口(6)具有上边沿和下边沿，所述上边沿与下边沿之间的垂直距离为d，且5mm≤d≤15mm。

5.根据权利要求4所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述的上边沿位于下边沿的正上方。

6.根据权利要求1所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述纵向进风通道(31)的中部形成衔接在上吸气口与下吸气口之间的斜向过渡面(34)。

7.根据权利要求1所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述的环形送风通道(32)至少具有两个通风风量相当的子送风通道(33)。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的可形成人造龙卷风的吸油烟机风机结构，其特征在于：所述的进风风机(1)与送风风机(2)背面相靠组成一体，并通过同一电机(7)驱动。