一款優(yōu)秀空氣凈化器風(fēng)道的選擇

楊威 藺勇智

緒論：

眾所周知，在當(dāng)今工業(yè)高速發(fā)展和人口空前龐大的時代，傳統(tǒng)的花粉，細(xì)小灰塵及人為污染物無處不在，而人的健康意識越來越強(qiáng)烈，越來越多的人開始使用空氣凈化器，其有效的去除裝修有害氣體（甲醛/甲苯等），攔截或塵降花粉，灰塵，細(xì)菌，極大的保護(hù)了使用者的健康，使用家用空氣凈化器是公認(rèn)的改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的方法。

過濾式空氣凈化器的主要元件就是風(fēng)道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)/濾網(wǎng)，如何發(fā)揮出風(fēng)機(jī)最大的本領(lǐng)靠得就是風(fēng)道設(shè)計，不好的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致空氣流通不暢，降低了風(fēng)機(jī)效能，使得凈化效率低下，在以往的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)許多風(fēng)道設(shè)計不良的空氣凈化器的風(fēng)機(jī)效能效率僅能達(dá)到50%甚至更低。

空氣凈化器的原理是風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將機(jī)械外的空氣通過進(jìn)風(fēng)口帶動到機(jī)械內(nèi)，經(jīng)過一定的風(fēng)道，流動的臟空氣通過濾網(wǎng)后變成干凈的空氣通過出風(fēng)口送到機(jī)械外面周圍的空間。故空氣凈化器的設(shè)計有幾個原則和平衡點(diǎn)?？諝鈨艋鞯某鲲L(fēng)量大，必須風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量大，然后風(fēng)機(jī)通過濾網(wǎng)，風(fēng)道等機(jī)械內(nèi)部時風(fēng)量損失的少。故在風(fēng)機(jī)確定的狀況下，風(fēng)機(jī)攪動空氣的能力就已確定，只有想辦法減少空氣在流動中的損失。

我們必須想辦法減少風(fēng)量的損失。原則上講：

凈化器的進(jìn)風(fēng)口必須盡可能的大，360環(huán)形進(jìn)風(fēng)肯定比單面進(jìn)風(fēng)的效率高。

出風(fēng)口越大，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量損失的越小。

風(fēng)的流動的過程中，盡量的減少阻力，風(fēng)阻越小，風(fēng)量越大。

所以進(jìn)風(fēng)/出風(fēng)/腔體就構(gòu)成了凈化器最為關(guān)鍵的風(fēng)道系統(tǒng)，而家居空氣凈化器也需結(jié)合實(shí)用擺設(shè)，美觀性來選擇與設(shè)計，很多的消費(fèi)者會將設(shè)備置放在不阻礙人活動的角落位置，或靠墻擺放，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)也有其特殊性和局限性，所以全角度進(jìn)風(fēng)的可能性較低調(diào)研市場主流空氣凈化器有多種風(fēng)道形式單面進(jìn)風(fēng)，頂出風(fēng)：是指將濾網(wǎng)置放在機(jī)器前門或者后面，使機(jī)器最大面積的一個面單向進(jìn)風(fēng)，市場上有無限極KJ550F-QJ0401A，W600，Alen F700，SK300（后門進(jìn)風(fēng)），機(jī)器在后門進(jìn)風(fēng)屬于較早的產(chǎn)品，因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)是需要有網(wǎng)孔的，如果將其置于正面不適合美觀，所以正面一般為固定的完整的一個面，并且利于擺放LOGO，做造型，將實(shí)用性的進(jìn)風(fēng)置放在后方，但是實(shí)際使用中大多用戶喜歡靠墻擺放，這樣就減少了空氣循環(huán)和過濾能力，這樣的凈化器很多客服都會提醒用戶在使用中要與墻保持距離，經(jīng)過發(fā)展，新的設(shè)計就將進(jìn)風(fēng)移到前門，并且將前門兩側(cè)開孔，使其能將左右的污染空氣都吸入機(jī)器凈化，增加了有效的空氣過濾能力。單進(jìn)風(fēng)/頂出風(fēng)結(jié)構(gòu)因?yàn)轱L(fēng)輪也是單向進(jìn)風(fēng)風(fēng)葉，相對薄并且葉輪豎置，易于動平衡，所以機(jī)型可以獲得較薄的形態(tài)。

底進(jìn)風(fēng)，頂出風(fēng)：這種型式基本是將風(fēng)機(jī)水平放置，一般濾網(wǎng)放置在底部，用軸流風(fēng)機(jī)或后向離心風(fēng)機(jī)吸風(fēng)，再向上吹出風(fēng)，市場上有352 X83（采用后向離心風(fēng)機(jī)），Blueair BLUBLU（采用軸流風(fēng)機(jī)），相對而言屬于簡單粗爆型，風(fēng)量損失和紊流現(xiàn)像相對嚴(yán)重些，但是濾網(wǎng)可以做成四面進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)面積可以充份利用到。

雙進(jìn)風(fēng)，頂出風(fēng)：這種型式是采用雙進(jìn)風(fēng)風(fēng)輪，并用漸開線蝸殼封裝，其左右兩側(cè)都能進(jìn)風(fēng)，利用率高，進(jìn)風(fēng)量大，像米家空氣凈化器MAX和AirX A8，兩款機(jī)器噪音都基本在65dBa左右的最高檔，米家利用H11等級的濾紙，顆粒CADR甚至達(dá)到了接近1000m^3/h，而Airx A8 則用夾碳布使用其顆粒CADR達(dá)到800 m^3/h，甲醛CADR超過400 m^3/h，綜合性能優(yōu)異。

選型與設(shè)計方案

空氣是流體的一種，在流體力學(xué)中流體具有一些主要的物理性質(zhì)：氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的體積；慣性一切物質(zhì)都具有質(zhì)量，流體也不例外，質(zhì)量是物質(zhì)的基本屬性之一，是物體慣性大小的量度，質(zhì)量越大，慣性也越大；流體壓縮性，作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化，這一現(xiàn)象稱為流體的可壓縮性。粘度粘性，即在運(yùn)動的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的抵抗剪切變形的性質(zhì)。如何何讓氣體最大程度的順暢從風(fēng)道中通過，是設(shè)計的重點(diǎn)。

進(jìn)過一系列的對比，選擇雙進(jìn)風(fēng)，頂出風(fēng)，漸開線蝸殼風(fēng)道做為首選設(shè)計方案，選擇芝浦SIC-49CVL-F138-2和240*110mm雙向進(jìn)風(fēng)風(fēng)輪，

由設(shè)計工程師按經(jīng)驗(yàn)繪制漸開線風(fēng)道及安裝結(jié)構(gòu)，最終形成適應(yīng)的蝸殼。為驗(yàn)證設(shè)計合理性，根據(jù)流體力學(xué)理論，采用仿真軟件進(jìn)行模擬分析，以期得出最佳蝸殼設(shè)計：

1.將條件設(shè)定為 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：1200rpm /系統(tǒng)風(fēng)量：800m3/h /系統(tǒng)阻力：240Pa

2.經(jīng)系統(tǒng)分析得出在上述條件下，靜壓234.6Pa，軸功率為106.5W，靜壓效率為48.95%，設(shè)計方案基本正確，但是葉輪葉道內(nèi)存在一些吸力面分離，流道堵塞，葉輪做功能力受到影響。

3.將葉輪切角和風(fēng)道出風(fēng)口做修正，蝸殼出口流場有所改善，風(fēng)道系統(tǒng)速度梯度有所提升，在同等條件下，靜壓246.64Pa，軸功率為108.11W，靜壓效率為50.7%，即靜壓提升 12Pa，靜壓效率提升 1.75%

4.通過系列的優(yōu)化設(shè)計將雙進(jìn)風(fēng)風(fēng)道做改善，設(shè)計工程師將最終的3D設(shè)計圖制作完成，相信新的風(fēng)道選擇將為新的空氣凈化器產(chǎn)品帶來質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛根海，邵衛(wèi)云，張燕。應(yīng)用流體力學(xué)：高等教育出版社

[2]張兆順，崔桂香。流體力學(xué)：清華大學(xué)出版社