船用集气罩烟气排放数值模拟研究

杨海燕，张益诚，王洋

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



船用集气罩烟气排放数值模拟研究

杨海燕，张益诚，王洋

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

针对船用集气罩实际使用中可能面对的问题，数值模拟多台炉灶靠舱壁布置、多台炉灶在厨房中央布置、多个蒸汽集气罩并联排风等情况。结果显示，靠壁型油烟集气罩可以通过安排每1个灶对应一个可调抽风口，每2个吸风口连接1个装置出风口，使每个灶上方的抽气速度更均匀；多台炉灶布置在厨房中央的情况，应采用钟形集气罩，并使集气罩的投影面积大于灶台；多个蒸汽集气罩并联排风时可在各个支路设置调风门，增强排气效果。

烟气排放；集气罩；数值模拟

厨房在作业时产生的大量油烟和蒸汽若不及时排除，不仅会影响厨房及周围舱室内的空气品质，威胁厨房内工作人员的健康[1]，甚至会影响附近设备的正常工作。因此，空调通风系统设计时厨房应是设计重点，将系统设计和设备设计相结合，开展烟气排放方案优化，防止油烟和蒸汽逃逸至厨房周边舱室，改善厨房及周边舱室内环境。

1 集气罩设计原理

船舶厨房空调通风系统通常采用机械送风和机械排风相结合的方式[2]，且与其他舱室的通风系统分开。通过机械排风使厨房保持负压状态，在排出厨房内产生的油烟和蒸汽的同时，确保不外溢至通道或其他位置。考虑到厨房不能回风，厨房用空调器必须采用全新风空调器，用于调节厨房内空气温度和湿度[3]。

集气罩是厨房内通风系统核心设备，厨房内通风效果与集气罩的抽风效果密切相关。集气罩一般包括油烟集气罩和蒸汽集气罩。油烟集气罩用于解决厨房油烟收集和油烟气净化的问题，蒸汽集汽罩则用于解决蒸汽收集和除湿问题。

集气罩采取不同的结构设计和布置在不同的位置均会对厨房内烟气排放的效果造成影响。对于炉灶靠舱壁布置的情况，集气罩一面固定在墙壁上，靠墙壁一侧抽风，其他方向送风。对于炉灶布置在厨房中央的情况，集气罩布置在灶台上方抽风，空调风和机械送风围绕集气罩布置。通过形成稳定的气流组织，使产生的油烟沿着气流由厨房排出。

为加强集气罩排烟效果，必要时可以在灶台外侧送风形成风幕防止热气散发出来，并在集气罩内侧送风口送风，引导烟气排出。通过对气幕风口结构进行优化设计，使气幕出风均匀，提高了气幕的风速，使其能够更好地将灶台上方烟气与外部形成气流隔断[4]。

当厨房排风机工作时，集气罩吸风口附近形成负压，周围空气从四周进入吸气口，形成吸入气流汇流。由于吸气口吸入气流流速随着与吸气口之间的距离增大而迅速衰减，集气罩应控制罩口到炉灶之间的距离在设计范围内。

考虑横向气流影响的接收罩排风量的为

(1)

式中:F′为考虑横向气流影响而扩大罩口的面积，即罩口面积减去热射流面积；u′为罩口扩大面积上油烟的吸入速度，通常取0.50～0.75 m/s；Q0为热射流流量，Q0=0.403(qHF2)1/3。

其中：q=8.98Δt1.25F/3 600为热源水平表明对流散热量；H为罩口离热源水平面的距离；F为热源水平面的投影面积；Δt为热源水平表面与周围空气的温度差[5]。

2 集气罩抽气效果仿真

2.1 炉灶靠近舱壁

船用油烟集气罩通常做成整体式，抽风口在集气罩上方，在集气罩四周设置集油槽，集气罩内设置油烟过滤器。当炉灶放置在靠近舱壁的位置时，需要选用靠壁型油烟集气罩。靠壁型集气罩通常安装平板式油淋板吸风口。

方案一。油烟集气罩的抽风面是一整排油淋板，如图1所示。

采用两相流模型对该型集气罩抽气效果进行仿真分析，灶眼产气假设为一个大气压的饱和蒸汽，房间补气来自房门。模拟结果显示，该方案的优点是油淋板面积大，吸风口的流速和阻力相对较低，缺点是由于阻力较小，产生了靠近集气罩排风管道处的抽风速度大，远离排风管道处的抽风速度小，整个油淋板抽风面流速不均匀，抽气效果也不均匀，差异较大。这种设计对于靠近油淋板中心位置的炉灶上的排烟效果较好，但边缘位置若放置炉灶则存在油烟逃逸，见图2。

方案二。在方案一的基础上进行调整，重新设计整个集气罩的抽风面。抽气效果如图3所示。这样，一方面减小抽风面的面积，提高抽风速度，同时使每个灶对应一个抽风口，使每个锅产生的油烟气能快速被抽走并每2个吸风口连接一个装置出风口，使每个灶上方的抽气速度更均匀。仿真结果如图4所示，油烟逃逸的情况明显改善，较好的解决了多炉灶并排靠舱壁布置时的排烟问题。对于方案二所示的油烟集气罩设计，其吸风口可以设计为可调式，从而在某灶眼不用时可关闭其上方的抽风口，使相邻的其他吸风口有更好的排烟效果。

2.2 炉灶在厨房中央

对于炉灶设置在厨房中央的情况，油烟集气罩可以采用中央型的设计。通过将集气罩优化为罩型，并使集气罩的投影面积大于灶台，每边比灶台外形大150 mm，钟形罩用于聚拢油烟气，可以应对烟气或蒸汽瞬间大量上升的情况，烟气不易逃逸。该方案的抽气效果和烟气逃逸情况见图5、6。

蒸饭箱等设备的产热量和蒸汽排放量大，虽然不产生油烟，但同样需要设置集气罩排风，以达到除湿和除热的目的。考虑到排出的蒸汽中含有大量水分，不经处理将影响到整个排风管道及相关的周边的湿热环境，因此蒸汽集气罩在罩内集成设置了冷凝器、冷媒水量的调节阀、专用循环风机、凝水收集机构以及温度测量及显示设备，通过由系统送冷媒水，使热蒸汽在集汽罩内进行冷凝，将水分凝出，干空气循环送回主食加工间。

通过蒸汽集汽罩的抽吸作用及冷凝作用，将房内的蒸汽抽走并冷凝去除蒸汽中的水份，以防止蒸汽凝水在房间或管道中凝结。改善房间的工作环境，并通过去除蒸汽，抽蒸汽比例达到95%以上，有利于房间内其他设备和管道的防腐。

图7为多台蒸汽集气罩并联使用的情况，模拟发现，该方案存在抽气不均匀的情况，需要在排风管上设置调风门以平衡各支路的压力损失，达到改善主食加工间内的排气效果的目的。

3 结论

1)对于多台炉灶靠舱壁布置的情况，靠壁型油烟集气罩可以通过使每个灶对应1个可调抽风口，每2个吸风口连接1个装置出风口，使每个灶上方的抽气速度更均匀。

2)对于多台炉灶布置在厨房中央的情况，应采用钟形集气罩，并使集气罩的投影面积大于灶台，从而应对烟气或蒸汽瞬间大量上升的情况，烟气不易逃逸。

3)主食加工间等产生大量蒸汽的厨房中，多个蒸汽集气罩并联排风时可在各个支路设置调风门，增强排气效果。

[1] 范宗明.厨房油烟污染净化技术应用探讨[J].环境保护与循环经济，2010(3):46-49.

[2] 安毓辉.船舶厨房通风系统设计[J].船舶，2003(3):38-40.

[3] 黄文海.浅谈船舶厨房的合理设计[J].船舶，1999(1):29-31.

[4] 张小兵.集气罩合理设计[J].机械设计制造，2008(1):28-30.

[5] 庞明军.集气罩的设计原理及其流畅数值模拟[J].轻工机械，2006，24(1)：45-47.

Simulation of Gas Emission of the Marine Gas Trap Hood

YANG Hai-yan, ZHANG Yi-cheng, WANG Yang

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Several typical gas emission situations in ship kitchen were studied by numerical simulation. The results showed that it is more efficient for the gas trap hood to use adjustable valve by homogenizing gas flow. When ranges were fixed up in the centre of the kitchen, the bell-shaped gas trap hood with larger projected area is more appropriate.

gas emission; gas trap hood; numerical simulation

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.036

2017-03-07

国家部委基金资助项目

杨海燕(1976—)，女，硕士，高工

研究方向：船舶总体设计

U664.8

A

1671-7953(2017)03-0150-03

修回日期：2017-03-27