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摘要:利用Airpak軟件對典型船舶廚房區域的氣流組織情況進行模擬計算，得到額定風量和低檔風量兩種工況下的速度場、空氣齡場和氣流流線。計算結果表明，在額定風量下油煙可以被迅速排出，在低風量工況下含油煙的氣體有進入臨近艙室的可能，需要進一步優化。

關鍵詞:船舶廚房;數值模擬;氣流組織

中式廚房烹飪產生的高溫油煙和蒸汽往往不能及時排除，導致廚房空氣品質和舒適性較差，影響廚房內工作人員的工作效率和身體健康［1］。相比陸上建筑廚房，船舶廚房空間更為狹小和封閉，無法通過自然進排風來解決通風換氣問題，進排風與煙氣控制設計具有更大的難度，因此，廚房通風在船舶空調通風系統設計時應重點關注［2］。基于計算流體動力學(CFD)的氣流組織仿真是空調通風設計時常用的優化設計手段［3-6］。CFD方法目前被應用于對陸上廚房空氣分布情況進行模擬和預測［7-9］，得到房間內速度、溫度、濕度以及有害物質量濃度等物理量的詳細分布情況。大型船舶的廚房包含艙室種類眾多、送風量大、通風系統設計復雜，目前的相關研究主要都集中在集氣罩本身的性能［10-13］，對船舶廚房整體氣流組織情況進行模擬的研究尚不多見。為改善船舶廚房空氣品質，提高廚房煙氣控制效果，創造適宜的膳食加工環境，利用Airpak軟件對船舶典型廚房區域空調通風系統氣流組織數值模擬研究，為廚房區域的氣流組織設計提供參考。

1典型廚房區域計算模型

1．1設計參數廚房通風采用廚房專用空調裝置對廚房送風進行集中處理。廚房用空調裝置采用全新風設計;在廚房爐灶等可能產生油煙、水汽的設備上方，需設置集氣罩;餐廳送風通過廚房負壓排出，廚房區域四周餐廳的風會通過艙壁上布置的通風格柵進入廚房區域，餐廳空調風可起到維持廚房負壓，輔助廚房冷卻的作用。選取的典型船舶廚房區域空調通風設備布置見圖1。該區域長16m、寬15m，由5個艙室組成。艙室1和艙室4為處理間;艙室2和艙室3是廚房灶臺的布置區域;也是油煙產生的區域，艙室5的操作過程中會產生水蒸汽，需要在上方布置蒸汽集氣罩及時排除蒸汽。廚房通風的主要末端裝置包括油煙收集凈化裝置、集氣罩、球形布風器3種:對艙室2、3、4、5的主要操作部位采用23個額定風量為300m3/s球形布風器送空調冷風措施以改善工作環境，艙室2和艙室3的爐灶上方布置有6臺油煙凈化裝置集氣罩，其中5臺的額定風量為4000m3/s，其余1臺的額定風量為2000m3/s，總額定排風量為22000m3/s;艙室5布置有5臺蒸汽集氣罩，每臺集氣罩風量為800m3/s。油煙凈化集氣罩具有兩檔風量切換控制的功能，其低檔風量是額定風量下的一半，烹飪工況下按額定風量運行，非烹飪工況下按低風量檔運行。由于油煙凈化集氣罩風量對廚房氣流中組織影響較大，需對額定和低檔風量時的氣流組織情況分別進行討論。

1．2計算模型Airpak是專門用于模擬室內氣流組織的CFD軟件，目前在暖通工程和科學研究領域廣泛應用。其湍流模型采用的是零方程模型，基本思想是將湍流黏度歸結為當地平均速度和長度的函數，而與湍流的特性參數無關。該模型應用十分方便，計算量較雙方程模型小很多［14］。根據圖1中廚房設備和廚房空調通風系統送排風口布置情況，在Airpak中建立三維計算模型。將5個艙室組成的16m×15m的矩形廚房區域作為計算區域。以結構化網格對空間進行劃分，對出風口、布風器、集氣罩等氣流變化較為劇烈的地方進行加密處理，計算區域總網格數約為46萬。見圖2。

2計算結果

2．1集氣罩額定風量下的計算結果艙室2和艙室3有一面艙壁與餐廳相鄰，艙壁分別布置有3個通風格柵，使餐廳的回風通過通風格柵直接進入廚房區域。集氣罩額定風量下廚房不同水平截面處(離地高度1．5、2．2m)的速度分布情況見圖3。結果顯示，艙室2和艙室3的氣流擾動十分劇烈，大量空氣從上側艙壁的空氣格柵開口處涌入這2個廚房艙室，圖3b)顯示風口附近的最大風速達到了4．32m/s。這是由于油煙凈化裝置集氣罩對風量的需求很大，艙室2的4臺集氣罩的額定排風量達到14000m3/s，艙室3的2臺集氣罩的額定排風量達到8000m3/s，較大的排風量使艙室2和艙室3形成了局部負壓，艙室2的平均壓力為－13．1Pa，艙室3的平均壓力為－12．6Pa。圖3額定風量下的速度分布空氣齡是艙室內某點處空氣在房間內已經滯留的時間，反映了室內空氣的新鮮程度，可以綜合衡量艙室的通風換氣效果，是評價艙內空氣品質的重要指標。集氣罩額定風量下廚房不同截面處(離地高度1．5、2．2m)的空氣齡分布情況見圖4。由于艙室2和艙室3的氣流擾動強烈，空氣新鮮度高，空氣齡較小，基本在60s以內，說明烹飪時下方灶臺產生的油煙能夠被集氣罩迅速排出，不會在廚房內停留太長時間。空氣齡較大的區域出現在艙室3的左下角和艙室4的右下角，其中最大空氣齡255s出現在艙室4的區域，說明艙室4部分區域的氣流組織需要進一步優化。

2．2集氣罩低檔風量下的計算結果油煙凈化裝置集氣罩在低檔風量下的排風量降低到額定風量的一半，即艙室2的4臺集氣罩的排風量降到7000m3/s，艙室3的2臺集氣罩的排風量降到4000m3/s。集氣罩低檔風量下廚房不同截面處(離地高度1．5、2．2m)的速度分布情況見圖5。結果與圖3類似，艙室2和艙室3的氣流擾動相對其他艙室更為劇烈，大量空氣從上側艙壁的空氣格柵開口處涌入這兩個廚房艙室，圖5b)顯示風口附近的最大風速從圖3b)中的4．32m/s減小為2．07m/s。這是由于集氣罩排風量的減小使得艙室2和艙室3的負壓值也減小，艙室2的平均壓力降為－2．2Pa，艙室3的平均壓力降為－3．1Pa。集氣罩低檔風量下廚房不同截面處(離地高度1．5，2．2m)的空氣齡分布情況見圖6。排風量的降低使所有區域的空氣齡都有所增加，與圖4中的結果類似，艙室2和艙室3空氣新鮮度高，空氣齡較小，與圖4中結果不同的是空氣齡較大的區域出現在艙室1，艙室1的大部分區域空氣齡略大，空氣組織情況不佳，主要是因為艙室2的風量需求顯著減少，使通過艙室1和艙室2之間艙壁的通風格柵進入艙室2的風量減少，導致艙室1氣體擾動不足，空氣在該艙室滯留時間增大。圖6低檔風量下的空氣齡分布

2．3兩種工況下的氣流流線圖7給出了額定風量下的氣流流線情況。圖7a)中額定工況下艙室2和艙室3的壓力最低，氣流會通過艙壁格柵從其他艙室匯入集氣罩。從圖7b)給出的低檔風量下的氣流流線發現，艙室3中有部分氣體通過通風格柵進入艙室5，可能會導致灶臺的油煙進入其他艙室內，并有可能被吸入而污染蒸汽集氣罩。這種情況應該避免，因此，建議取消艙室3和艙室5之間的通風格柵，同時在艙室5的左側艙壁上增加通風格柵，以保證換氣量。

3結論

采用流體計算仿真軟件Airpak對額定風量和低檔風量2種工況下典型廚房區域的氣流組織情況進行仿真計算和分析，計算得到速度場、空氣齡場。計算結果表明，在額定風量下油煙凈化裝置集氣罩所在的廚房艙室氣流擾動強烈，空氣齡較低，油煙可以被迅速排出廚房區域;在低風量工況下，含油煙的氣體有可能通過艙壁的通風格柵進入臨近艙室，所以格柵的位置還需要進一步優化。

參考文獻

［1］胡建軍，王漢青．廚房排風系統現狀分析［J］．制冷空調，2005，26(106):53-56．

［2］安毓輝．船舶廚房通風系統設計［J］．船舶，2003(3):38-40．

［3］杜紅霞，王俊新．船舶典型集體防護區域艙室環境數值模擬［J］．船海工程，2017，46(3):125-127．

［4］權崇仁，王洋，于立慶，等．艦船典型艙室氣流組織數值模擬分析［J］．中國艦船研究，2015，10(6):107-113．

［5］蔣仕偉，徐筱欣．基于CFD的閉式機艙通風系統三維數值模擬［J］．中國艦船研究，2013，8(2):80-83，89．

［6］郭昂，郭衛杰，王馳明，等．船舶機艙機械通風數值模擬分析和優化設計［J］．中國艦船研究，2014，9(3):93-98．

［7］蔣達華，李先偉，李輝．公共建筑廚房兩種通風模式的數值分析［J］．江西理工大學學報，2010，31(5):12-15．

［8］楊吉，劉文斌．廚房通風的數值模擬［J］．制冷與空調，2007(2):91-93．

［9］劉曉凡．餐飲業廚房置換通風方式的數值模擬分析研究［D］．鎮江:江蘇大學，2010．

［10］楊海燕，張益誠，王洋．船用集氣罩煙氣排放數值模擬研究［J］．船海工程，2017，46(3):150-152．

［11］龐明軍．集氣罩的設計原理及其流暢數值模擬［J］．輕工機械，2016，24(1):45-47．

［12］張小兵．集氣罩合理設計［J］．機械設計制造，2008(1):28-30．

［13］李偉光，楊海燕．采用封閉式燃油爐灶的船舶廚房通風設計［J］．船海工程，2009，38(3):36-39．

［14］葉欣，蔣修英，沈國民．Airpak軟件在氣流組織領域的應用［J］．應用能源技術，2006(10):45-47.

作者：余楠 單位：中國艦船研究設計中心