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研究生: 詹仕弘
Shih-Hung Chan
論文名稱: 抽油煙機性能之數值與實驗研究
Numerical and Experimental Study of the Performance of a Range Hood
指導教授: 林顯群
Sheam-Chyun Lin
口試委員: 莊福盛
Fu-Sheng Chuang
郭鴻森
Hong-Sen Kou
李基禎
Ji-Jen Lee
陳呈芳
Cheng-Fang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 237
中文關鍵詞: 抽油煙機計算流體力學
外文關鍵詞: Range Hood, CFD
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  • 為了保持廚房良好的空氣品質以及防止油煙污染產生,抽油煙機是廣泛使用於排除油煙的傳統工具,根據行政院衛生署的統計,在臺灣死亡率最高的癌症是肺癌,推估肺癌產生的原因是廚房油煙污染所造成,因此如有一台高性能的抽油煙機,將廚房油煙完全抽除,一定能減少國人得到肺癌的機率;有鑑於此,打造一台高性能之抽油煙機以及降低其噪音是本文研究的重點。因此本文延續李宜珊之最佳改良模型繼續進行性能改良,並且藉由流場可視化來探討其產生的物理現象,並分析評估其結果後根據其缺失作風機外殼與葉輪的改善。改良之參數主要有葉輪、翼型葉片、輪糓、葉輪大小、蝸型流道以及入口與出口圓錐體等,經由模擬後發現各個改良參數皆會影響抽油煙機之整體性能,其中葉輪大小以及出口圓錐體的影響最大;而本文改良後最佳性能之抽油煙機,其最大流量與出口錶壓分別較初始設計提升了29.8%與28.2%。為了驗證數值模擬的準確性,將抽油煙機實體製作出來,再採用AMCA規範之出口式風洞及CNS 8753聲壓量測技術,測量出抽油煙機之性能表現與噪音結果;實驗結果顯示,模擬值與實驗值誤差皆在10%以內,且壓力-流量曲線整體趨勢亦相當一致;有鑑於此,本研究已建立一套抽油煙機之完整設計模式,可提供廠商一系統化分析與研發工具,對提升抽油煙機整體性能將有所助益。


    Range hood is utilized extensively in the kitchen ventilation to maintain the air quality and prevent the soot pollution, which are essential for cook’s health. Thus an increasing demand for the high performance and low noise range hood is generated and motivated this integrated CFD, mockup fabrication, and experimental work. At first, the detailed flow visualization on Lee’s optimum design is executed and examined carefully for serving as the modification reference with the aids of numerical calculations. Later, the systematic and thorough geometry variations on inlet cone, hub, airfoil blade, impeller, spiral housing, and outlet conical cone are implemented for improving its aerodynamic outputs. It is demonstrated numerically that inlet cone, rotor blade, and outlet cone have the strongest impact on this performance enhancement research. Also, 29.8% flow rate increase and 28.2% maximum static pressure gain are achieved by setting parameters appropriately. Thereafter, the range hood mockup is fabricated via a CNC machine and executing the performance measurements in AMCA chamber for experimentally validating the numerical outcome. A comparison between numerical and experimental results indicates an acceptable deviation percentage within 10% for the entire performance curve. In conclusions, this rigorous and integrated study successfully establishes a systematic and reliable design scheme for range hood manufacturer and enlarges the aerodynamic characteristics of Lee’s range hood by almost 30%.

    摘 要 I 目 錄 IV 圖 索 引 VIII 表 索 引 XIII 符號索引 XV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 4 1.2.1 抽油煙機 5 1.2.2 離心式風機 6 1.2.3 噪音研究方面 10 1.2.4 數值模擬 12 1.3 研究動機與方法 14 第二章 抽油煙機與離心式風機 21 2.1 抽油煙機概論 21 2.1.1 抽油煙機構造簡介 26 2.1.2 抽油煙機安裝使用重點 30 2.1.3 抽油煙機CNS-3805規範 32 2.1.4 選購注意及建議事項 32 2.2 離心式風機概論 34 2.2.1 流體機械的分類 34 2.2.2 送風機分類 38 2.2.3 離心式風扇之構造及分類 42 2.2.4 速度三角形法 47 2.3 風扇設計 52 2.3.1 NACA翼剖面參數定義 52 2.3.2 葉輪參數設計 57 2.4 風機外殼設計 61 第三章 數值方法 67 3.1統御方程式 67 3.2紊流模式理論 70 3.3 數值模擬基本流程 72 3.4 數值計算方法 74 3.4.1 方程式離散化 74 3.4.2上風差分法(Upwind Differentiating) 76 3.4.3 修正壓力計算-SIMPLEC運算法則 77 3.4.4 收斂判定法則 79 3.5 數值邊界條件設定 81 3.6 數值穩定性分析 83 第四章 改良型之數值分析結果 86 4.1 網格建立與B風機缺點分析 86 4.1.1 模型格點之建立 87 4.1.2 B風機之流場分析 96 4.2 改良型抽油煙機之流場數值分析 102 4.2.1 不同設計參數之改良型抽油煙機性能比較 109 4.2.2 Case 5之流場分析 113 第五章 葉輪改良研究與分析 136 5.1 翼型葉輪之設計 138 5.1.1 翼型葉片之型式選擇 139 5.1.2 葉片弦長的選用 141 5.1.3 設計翼型葉輪之型式 146 5.1.4 增加葉輪直徑設計 149 5.1.5 葉輪中心體設計 154 5.2 蝸型流道出口長度的影響 157 5.3 縱向與徑向剖面流場分析 162 5.4 舌部逆流量現象 182 5.5 入口與出口圓錐體設計 185 第六章 實驗測試與結果分析 198 6.1 風扇性能實驗設備 199 6.2 噪音測試實驗設備 205 6.3 實驗結果分析 209 6.4 變更舌部間隙之數值與實驗結果分析 218 第七章 結論與建議 221 7.1 結論 221 7.2 建議 225 參考文獻 227

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