上吹上吸式排风罩影响的数值模拟及试验研究

郭海丰 张沛文

沈阳建筑大学市政与环境工程学院（110168）

通风是控制工作场所污染物的最有效果的办法。通过有效的通风，有害气体、灰尘或蒸汽的浓度可以不超过被允许的最大浓度。我们的方案目的是在低能耗的情况下提高捕获效率，达到更好的控制效果。

常规的排风罩[1]只控制吸入气流。封闭的排风罩与半封闭的排风罩都限制工艺流程，排气效率很低。长距离排气要增大排气量，相应的设备投资和能耗也要增加，而根据工艺流程的要求，短距离排气是无法完成的。为了提高吸气流动的控制能力，已有学者对带法兰的引擎盖进行了研究[2]，但效果并不理想。因此，人们会想起将射流与吸气流相结合，形成一种新的控制气流，可以有效地将空气污染物转移到操作者的呼吸区域，并在一定距离内控制污染物的扩散。因此，随着不同的气流控制，需要一些新的排风罩，如旋风幕排风罩[3-5]、吹吸式排风罩[6-7]和 Aaberg 排风罩[8]。

旋风幕排风罩：采用人工旋风排风及除尘。人造龙卷风在空中形成连续的旋转气流。该排风罩具有可在远距离收集粉尘和有害气体的优点，并有很强的抗横向气流干扰能力。缺点是结构复杂，送风柱的出现对工艺的操作存在限制。

吹吸式排风罩：吹吸式排风罩的外部气流是在吹吸作用下形成的，气流方向相同。吹入空气输送能力强，衰减速度慢，隔离能力强，而吸入空气恰恰相反。该排风罩具有远距离控制污染气体、排放少、能耗低的特点。

Aaberg排风罩：在吸入口增加一个喷嘴。将射流与吸气流结合，形成射流作用下的吸气流。这种气流控制方法是由丹麦制造商c·p·Aaberg[8]首先提出的。在这种新型的可控气流中，射流的作用与吹吸式排风罩不同。射流垂直于吸气流，甚至作用于吸气流的相反方向。整个控制气流以吸气流为主。一方面射流起到屏蔽作用，使吸气流控制在一定的空间内；另一方面，射流的夹带作用在吸气区产生射流诱导流动，并与吸嘴处的吸气流结合形成Aaberg气流。我们研究的排风罩是一种新型的，它改变了Aaberg排风罩的射流方向，改为由上到下。射流与吸气流的结合形成了风幕，也可以防止污染物向外扩散。

文章主要研究了横向气流、条缝宽度和从吸尘口到污染源的距离对吸尘流速度场和上吹上吸排风罩捕集效率的影响。研究内容包括以下部分：射流作用下横向气流对吸气流动影响的数值模拟研究；射流作用下条缝宽度对吸气流影响的数值模拟研究；吸气风口到污染源的距离对射流作用下吸气流动影响的数值模拟研究；对射流作用下横向气流、条缝宽度、吸入口到灶台的距离对吸气流动的影响进行了数值模拟研究。

这些新的排风罩克服了传统排风罩的缺点，与传统排风罩也具有相似的特性。但细分析，吹吸式排风罩具有相对丰富的国内外研究成果和实际应用，但也存在一些不足，空气与吹吸气流复合很容易被摧毁，不能达到理想的控制效果。Aaberg排风罩具有独特的特点，加强了吸气流与径向射流，虽然抽吸能力有一定程度的提高，但需要较大的供气量，控制能力不理想。当粉尘逸出速度或有害气体悬浮速度较大时，吸力效率会大大降低。国内外对二维条缝Aaberg型排风罩有充分的研究，理论和试验都揭示了二维条缝型Aaberg排风罩的气流规律，可以准确地描述气流。国外提出了一种实用的三维槽型Aaberg排风罩的设计方法，与二维条缝型Aaberg型排风罩相比，上吹上吸式排风罩的研究较少。上吹上吸式排风罩结合了吹吸式吸风罩和Aaberg排风罩的优点，克服了它们的缺点。上吹上吸式排风罩气流控制的理论和试验研究仍处于初级阶段，其设计和运行条件也处于积累阶段。需要更准确地描述它并有效地应用它。

在设备设计、环境保护、自然资源的使用中，舒适和节能称为基本主题，减少能源负载，成为未来建筑设计的方向。如何应用新技术，提高设计水平成为建筑、暖通空调专业人员所面临的一个重要问题。目前，对于我国众多开放型企业来说，为了适应日益激烈的市场竞争，有必要将新技术和设备引入到企业的生产改造中，以降低能耗，提高产品的科技含量。在除尘通风部分，有必要对原有的传统局部排风罩进行改造。引进和利用根据Aaberg效果原理设计的新型上吹上吸式排风罩无疑是理想的选择。

近年来，随着我国经济和综合实力的快速提高，人们的生活水平有了明显的提高，更加重视生活质量和室内空气质量。厨房环境已经成为一个非常重要的环节，直接影响着厨房内操作者的健康。现代厨房在整体通风的同时更应加强局部通风的措施。厨房的局部通风在污染源(近厨房口)中尽量控制油烟等有害气体的扩散，直接将其及时封闭消除。

因此，有必要加快对新型上吹上吸排风罩的研究，尽快将其应用于实际。研究环境因素对上吹上吸式排风罩吹吸流量的影响具有科学价值，研究结果可为今后奠定基础，具有广阔的应用前景。