一种负压排烟管的设计及优化【字数：8791】
摘 要 本课题针对艾灸排烟问题，设计一种负压排烟管，以一种小功率风机作为驱动，以实现排除艾烟的目的，同时要求排烟管安装、清理方便，能够适应市场需求。本课题要求能够设计一种有效排除艾烟的结构。首先分析艾烟的组成，根据文丘里效应，设计一种合理的结构。通过有关计算，用CATIA软件进行设计建模，使用ANSYS软件进行设计分析，对结构进行优化，并确定结构的合理性。 通过设计分析，解决艾灸排烟问题。本课题要求能够设计一种有效排除艾烟的结构。首先分析艾烟的组成，根据文丘里效应，设计一种合理的结构。通过有关计算，用CATIA软件进行设计建模，使用ANSYS软件进行设计分析，对结构进行优化，并确定结构的合理性。 通过设计分析，解决艾灸排烟问题。
目 录
1. 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
2. 文丘里管的原理、结构、应用、国内外应用情况 3
2.1文丘里管的原理 3
2.2文丘里管的结构 5
2.3文丘里管的应用 6
2.4国内外使用情况 6
3. 负压排烟管的结构设计 7
3.1外接涡轮风机的选择 7
3.2 渐缩管的尺寸确定 7
3.3 喉管的尺寸确定 8
3.4 渐扩管的尺寸确定 9
3.5 中间连接管的尺寸确定 10
3.6负压大小的计算 11
4. 负压排烟管的优化设计 16
4.1分析与优化 16
5. 总结展望 21
参考文献 22
致谢 23
1. 绪论
1.1选题的目的和意义
现在中国的工业发达，但是环境污染也越来越严重，人类更加关心自己的身体健康，希望自己可以在安全、环境污染相对比较少的地方工作。油烟粉尘由于其体积小并且不容易被集中处理排放，常常会混在空气中污染环境，人体吸入这些有害气体之后轻则咳嗽头疼，重则得癌死亡。所以对有毒有害气体必须加以处理。
据我观察很多工厂会使用一根排烟管加上一个排风扇进行排烟，类似于某些饭店或者工厂，这样油烟会直接通过排风扇，久而久之，排风扇上难免就会留下许多难以清洗的油污灰尘，如图11就是饭 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
店拆下的排烟机，可以看到排烟机上有很多油污、顽垢污渍，严重的时候还会造成堵塞；因为排风扇是通过电驱动的，所以当有油烟进入时，如果电路发生故障，出现小火花，将会点燃油烟灰尘，这将不可避免地导致不可预测的损失，以及安全性将大大降低。在油烟较多的地方，油烟通过管子的抽吸，进入排风扇内，使用一小段时间后就必须要清洁，如果清洁周期长，排风扇内堆积太多污垢，也会影响到排风扇的实际功能，使得排烟效果迅速减少。
而文丘里管就是可以根据大气负压将有毒有害气体吸入方便集中处理，不经过排风扇，增加了风机使用寿命。而且文丘里管还可以用在钢铁厂热风炉的助燃风、煤气计量及热电厂的锅炉大管径、低流速管道计测量。并在国家大型重点风洞实验室进行实流标定，被广泛用在石油、化工、电力等行业大管径流体的控制与测量。我发现普通类型的风扇可以基本实现排烟功能，但是存在流动稳定性差、质量流量小、不易清洗、长时间使用后容易产生堵塞等缺点。和排烟管连接后，虽然可以控制烟雾，但是高浓度的烟道气不能被迅速地排出。我发现国内外学者主要优化叶片结构与后导向叶片的数量以及轮毂比。而很少关注风扇出口的优化。在医疗保健行业中，艾灸是中国的传统医疗方法，随着人们对健康的追求，这种中医疗法得到了很多人的认可。艾灸具有调节经络，增强免疫力，温经驱寒，拔毒泄热等等的作用，它是通过艾叶，做成艾灸药材，并通过加热产生艾热后刺激穴位，并且通过刺激这些穴位来防病治病过或者调整身体的生理功能。但艾灸时需要燃烧艾草，室内会充满艾草的味道，包括大量的烟。如果这些油烟粉尘不能及时处理，吸入人体肺部那会对人体造成巨大的危害。很多人不习惯这种烟味，这是艾灸时无法避免的问题，而且这种烟里含有大量的焦油，对室内的装饰会造成损坏，另外这种艾烟也无法用传统的直排式风机排除，焦油会附着在风机上，影响风机的寿命。直排式风机还存在噪音大、需要开安装孔的问题。所以利用风机进行烟气控制消除是十分重要的手段。 本课题针对艾灸排烟问题，设计一种负压排烟管，以一种小功率风机作为驱动，以实现排除艾烟的目的，同时要求排烟管安装、清理方便，能够适应市场需求。为了改善性能，我根据文丘里效应对其进行了优化设计。具体而言，风扇出口被设计成三个部分，目的是可方便地进行拆卸和清洗。当气流流过文丘里管，喉管出口的背面就会产生负压，将外部烟通过管道接口吸入，实现排除油烟灰尘的目的。并且对影响其性能的主要因素进行了分析，通过仿真模拟，证明利用文丘里效应的优化设计有效。
/
图 11 某饭店拆下的排烟机
2. 文丘里管的原理、结构、应用、国内外应用情况
2.1文丘里管的原理
文丘里效应的原理是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，产生真空低压，从而产生吸附作用。
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图 21 文丘里管的简图
如图21就是文丘里管示意图。当气流从比较粗的一端流向比较细的一端时，气体的流速就会加快，流速加快压力就会降低，从而使得气体在渐扩区即出口的后侧产生负压真空区。当这个真空区靠近其他物品时就会对该物品产生一定的吸附作用。
/
图 22 文丘里管
A压缩空气入口 B喷嘴 C消音器 D吸附腔入口
如图22所示，从图中可以看出，高速流动的气体从A即压缩空气入口进入，由于喉管B的口径较小，所以会在喉管处产生高速流动的气体，这些气体流速大、压力小，由于有大气压差作用，所以D即吸附腔入口可以将一些油烟灰尘吸入，再从右端排出。从而达到排除油烟粉尘的作用。
文丘里管可以用来测量流体压差，文丘里管是先逐渐变小然后变大的管道。只需要测出它入口截面和喉管最小截面之间的压力差，对于理想流体(气体或者液体，其不可压缩和不具有摩擦)，就可以用伯努利方程求出流量。
假设入口截面处的平均速度为V1，平均压力为P1，截面积为S1，喉管处的平均速度为V2、平均压力和截面积分别p2、S2；流体密度为ρ。根据伯努利定理和液流连续性方程可得出：
S1v1=S2v2=Q,
????
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目 录
1. 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
2. 文丘里管的原理、结构、应用、国内外应用情况 3
2.1文丘里管的原理 3
2.2文丘里管的结构 5
2.3文丘里管的应用 6
2.4国内外使用情况 6
3. 负压排烟管的结构设计 7
3.1外接涡轮风机的选择 7
3.2 渐缩管的尺寸确定 7
3.3 喉管的尺寸确定 8
3.4 渐扩管的尺寸确定 9
3.5 中间连接管的尺寸确定 10
3.6负压大小的计算 11
4. 负压排烟管的优化设计 16
4.1分析与优化 16
5. 总结展望 21
参考文献 22
致谢 23
1. 绪论
1.1选题的目的和意义
现在中国的工业发达，但是环境污染也越来越严重，人类更加关心自己的身体健康，希望自己可以在安全、环境污染相对比较少的地方工作。油烟粉尘由于其体积小并且不容易被集中处理排放，常常会混在空气中污染环境，人体吸入这些有害气体之后轻则咳嗽头疼，重则得癌死亡。所以对有毒有害气体必须加以处理。
据我观察很多工厂会使用一根排烟管加上一个排风扇进行排烟，类似于某些饭店或者工厂，这样油烟会直接通过排风扇，久而久之，排风扇上难免就会留下许多难以清洗的油污灰尘，如图11就是饭 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
店拆下的排烟机，可以看到排烟机上有很多油污、顽垢污渍，严重的时候还会造成堵塞；因为排风扇是通过电驱动的，所以当有油烟进入时，如果电路发生故障，出现小火花，将会点燃油烟灰尘，这将不可避免地导致不可预测的损失，以及安全性将大大降低。在油烟较多的地方，油烟通过管子的抽吸，进入排风扇内，使用一小段时间后就必须要清洁，如果清洁周期长，排风扇内堆积太多污垢，也会影响到排风扇的实际功能，使得排烟效果迅速减少。
而文丘里管就是可以根据大气负压将有毒有害气体吸入方便集中处理，不经过排风扇，增加了风机使用寿命。而且文丘里管还可以用在钢铁厂热风炉的助燃风、煤气计量及热电厂的锅炉大管径、低流速管道计测量。并在国家大型重点风洞实验室进行实流标定，被广泛用在石油、化工、电力等行业大管径流体的控制与测量。我发现普通类型的风扇可以基本实现排烟功能，但是存在流动稳定性差、质量流量小、不易清洗、长时间使用后容易产生堵塞等缺点。和排烟管连接后，虽然可以控制烟雾，但是高浓度的烟道气不能被迅速地排出。我发现国内外学者主要优化叶片结构与后导向叶片的数量以及轮毂比。而很少关注风扇出口的优化。在医疗保健行业中，艾灸是中国的传统医疗方法，随着人们对健康的追求，这种中医疗法得到了很多人的认可。艾灸具有调节经络，增强免疫力，温经驱寒，拔毒泄热等等的作用，它是通过艾叶，做成艾灸药材，并通过加热产生艾热后刺激穴位，并且通过刺激这些穴位来防病治病过或者调整身体的生理功能。但艾灸时需要燃烧艾草，室内会充满艾草的味道，包括大量的烟。如果这些油烟粉尘不能及时处理，吸入人体肺部那会对人体造成巨大的危害。很多人不习惯这种烟味，这是艾灸时无法避免的问题，而且这种烟里含有大量的焦油，对室内的装饰会造成损坏，另外这种艾烟也无法用传统的直排式风机排除，焦油会附着在风机上，影响风机的寿命。直排式风机还存在噪音大、需要开安装孔的问题。所以利用风机进行烟气控制消除是十分重要的手段。 本课题针对艾灸排烟问题，设计一种负压排烟管，以一种小功率风机作为驱动，以实现排除艾烟的目的，同时要求排烟管安装、清理方便，能够适应市场需求。为了改善性能，我根据文丘里效应对其进行了优化设计。具体而言，风扇出口被设计成三个部分，目的是可方便地进行拆卸和清洗。当气流流过文丘里管，喉管出口的背面就会产生负压，将外部烟通过管道接口吸入，实现排除油烟灰尘的目的。并且对影响其性能的主要因素进行了分析，通过仿真模拟，证明利用文丘里效应的优化设计有效。
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图 11 某饭店拆下的排烟机
2. 文丘里管的原理、结构、应用、国内外应用情况
2.1文丘里管的原理
文丘里效应的原理是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，产生真空低压，从而产生吸附作用。
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图 21 文丘里管的简图
如图21就是文丘里管示意图。当气流从比较粗的一端流向比较细的一端时，气体的流速就会加快，流速加快压力就会降低，从而使得气体在渐扩区即出口的后侧产生负压真空区。当这个真空区靠近其他物品时就会对该物品产生一定的吸附作用。
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图 22 文丘里管
A压缩空气入口 B喷嘴 C消音器 D吸附腔入口
如图22所示，从图中可以看出，高速流动的气体从A即压缩空气入口进入，由于喉管B的口径较小，所以会在喉管处产生高速流动的气体，这些气体流速大、压力小，由于有大气压差作用，所以D即吸附腔入口可以将一些油烟灰尘吸入，再从右端排出。从而达到排除油烟粉尘的作用。
文丘里管可以用来测量流体压差，文丘里管是先逐渐变小然后变大的管道。只需要测出它入口截面和喉管最小截面之间的压力差，对于理想流体(气体或者液体，其不可压缩和不具有摩擦)，就可以用伯努利方程求出流量。
假设入口截面处的平均速度为V1，平均压力为P1，截面积为S1，喉管处的平均速度为V2、平均压力和截面积分别p2、S2；流体密度为ρ。根据伯努利定理和液流连续性方程可得出：
S1v1=S2v2=Q,
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