居住建筑厨房补风方式的模拟研究

摘要：利用CFD—Huent模拟软件对居住建筑厨房增设补风口状态下的气流组织、速度场、温度场、污
染物浓度场进行数值模拟和分析对比，对厨房内污染物的防治和合理的气流组织研究提供理论依据。

随着我国近年来经济改革的深入，人们的生活质量不断提高，人们对身体的健康和生活品质的要求也越来越高，身体健康不再限于没有疾病的困扰，更重要的是健康没有受到威胁。室内空气品质与其均有联系，所以受到了广泛的关注。厨房对于人们的生活必不可少，在烹饪的过程中所产生的污染物和废热严重影响着室内的环境。单独采用油烟机排风时，在室内外压差的作用下，需要向厨房内补充气体，由于季节气候自然通风受到限制。在门窗关闭的情况下，由门窗的缝隙向厨房内补风，补充的风量很大，导致气流组织不合理，使室内环境受到污染甚至二次污染。
在居住建筑厨房增设补风装置进行补风，在烹饪过程中抽油烟机运行时，从室外引进新鲜空气避免或有力地减小了室内的负压，从而避免了厨房的被污染环境空气进入室内，且增强了油压机排风量，提高排烟效率及燃料燃烧率，同时从室外引入新鲜的空气，增加新风量，也从一方面提升厨房内的空气品质¨’3J。同时，当油烟机运行风量较大时，可形成空气幕，减少污染物的向外扩散，有效控制对室内的污染，也相应地减少了经排油烟机排除的室内空气量，减少了冬季热损失，从而达到节能的效果。
文中运用CFD—Fluent模拟软件对居住建筑厨房是否增设补风口状态下的气流组织进行模拟分析，得出在不同工况状态下，厨房内的速度分布、温度分布、污染物浓度分布的模拟态势，分析得到较理想的工况，从而合理改善厨房内的气流组织分布和室内空气品质。
1室内气流组织
1．1气流组织的重要性
气流组织是否合理，对室内空气品质存在直接的影响。好的合理的气流组织，能够很好地控制室内的空气的流速、温度、湿度等，能够控制室内的良好空气品质，满足工艺要求及人们对舒适感的要求H。51。不合理的气流组织，不但增加能耗，甚至影响人体的健康∞J。所以，合理的气流组织不仅能提高室内的舒适度，而且提高了室内的空气品质，间接保证了人体的健康。
1．2室内气流组织研究方法
我国为加强对室内空气质量的研究，一般利用模型实验法、传统的射流公式法、CFD数值模拟法、区域法等4种方法来研究气流组织的形式(见表1)。

通过表1可以比较得出：CFD不论结果的完善度还是可靠程度都占有较大的优势，对模型的建立不受限制，无论是复杂的模型还是简单的模型均可以应用CFD软件。
2模型的建立及边界条件的设定
2．1物理模型
模拟对象选用某民用住宅厨房(见图1)，厨房比邻门厅及客厅，其几何尺寸为4m X1．5m×3m；窗户向西，尺寸为0．8m×1．2m；门的尺寸为0．9m×2．0m；与门厅和客厅相临。灶台高0．8m，为L型布置方式；抽油烟机罩面距地面1．6m。该住宅在未设补风时采用油烟机排风方式；关闭门、窗时，门、窗均有缝隙，厨房通风时有风渗透。油烟机采用标准型家用排油烟机，抽油烟机罩口尺寸为0．82m X0．52m×0．25m(长×宽×高)，根据国家标准GB／T17713—1999中规定的家用抽油烟机的排风量为7m3／min。

2．2数学模型
流体的流动要受物理守恒定律的支配，基本的物理守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。另外，如果流体是几种物质的组合间的相互作用，遵循组分守恒定律∽1。如果流体是处于湍流状态，遵循湍流疏运方程。从数值传热学的角度，在流动和传热问题中，这些守恒定律的数学表达式一偏微分方程(控制方程)都可以用以下通用形式表示：
掣掣+div(pUqb)=div(F耷grad+)+&(1) U‘
式中：旷通用变量，可以代表“、v、∞、T等求解变量；
R一广义扩散系数；
s。一广义源项。
只要令咖=1、S也=0，式(1)就是质量守恒方程。
文中采用稳态湍流Standard k-e模型对该厨房气流进行三维不可压缩流动进行数值模拟。气体流动的控制方程组采用压力基法进行离散求解，对流项采用一阶迎风格式。选用Simple算法进行速度与压力的耦合，Gauss—Seidel迭代，残差各项设置为默认参数，计算收敛后，对结果进行比较。
2．3边界条件的设定
初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况，边界条件设置的是否合理，也直接影响着模拟的结果。
Inletl：补风口，选择速度入口；Inlet2：门窗缝隙，选择压力入口；Inlet3：燃气灶口，选择速度人口；Outlet：以抽油烟机排风口处为出口，选择速度出口。

投稿会员：芳华