一种厨房室内油烟浓度的评价方法

摘要

本发明公开了一种厨房室内油烟颗粒物浓度的评价方法，步骤1、同时考虑水平扰动模式和垂直扰动模式，计算不同工况下的一次捕集效率和二次捕集效率；步骤2、在油烟颗粒物二次捕集的初始时刻，计算该时刻每个工况下的油烟颗粒物平均浓度；步骤3、根据每个工况下的油烟颗粒物平均浓度，与各自对应的二次捕集效率做相关性分析，二次捕集效率与油烟颗粒物平均浓度间为正相关关系；步骤4、利用上述的正相关关系，由二次捕集效率实现定性分析来预测室内油烟颗粒物浓度。与现有技术相比，本发明在基于CFD的油烟机油烟捕集效率确定方法的基础上进行了进一步的探究，使二次捕集效率这一评价指标兼具油烟机性能和室内空气品质二者的信息。

权利要求

1.一种厨房室内油烟颗粒物浓度的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、同时考虑水平扰动模式和垂直扰动模式，计算不同工况下的一次捕集效率和二次捕集效率，统计捕集面上颗粒物的数量正态分布的峰值对应的停留时间x、最小停留时间s和最大停留时间m，则停留时间区间[s,2x-s]内的粒子为一次捕集颗粒，停留时间区间[2x-s,m]内的为二次捕集颗粒；

步骤2、根据捕集面在进行油烟颗粒物二次捕集的初始时刻2x-s，计算该时刻整个计算域内每个工况下的油烟颗粒物平均浓度：将整个计算域划分成体积为VB的小立方体，计算每个小立方体内颗粒物的数量，定义为颗粒物浓度C，室内油烟颗粒物平均浓度的定义即对整个厨房空间体积的颗粒物浓度求平均；

步骤3、根据步骤2得到的每个工况下的油烟颗粒物平均浓度，与各自对应的二次捕集效率，做相关性分析发现二次捕集效率与油烟颗粒物平均浓度间为正相关关系，即二次捕集效率越高，室内油烟颗粒平均浓度越大；

步骤4、利用上述的正相关关系，由二次捕集效率实现定性分析来预测室内油烟颗粒物浓度。

说明书

一种厨房室内油烟浓度的评价方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计算流体动力学(CFD)的数值模拟技术领域，特别涉及一种基于油烟捕集效率的厨房室内油烟颗粒物浓度的评价方法。

背景技术

[0002] 厨房室内空气品质问题近年来引起了不少学者的高度关注，特别是污染物的蔓延扩散已经成为影响厨师等从业人员的健康、舒适性、生产力的一个重要因素。虽然在厨房烹饪过程中已使用了排烟系统，但是厨师的操作、厨房通风状况与气流组织形式以及排烟罩的结构等都可能降低系统的排烟效果，增加外溢的可能性。研究表明，烹饪活动的产生可使超细颗粒物的平均浓度增加20-40倍，而吸入大量油烟会对人体健康产生不良影响。因此，对于室内油烟浓度的评价，能够针对不同的厨房补风方式、油烟机的结构等形式下的厨房油烟浓度进行高效快捷的判别从而进行技术上的优化，具有十分重要的应用价值。

[0003] 为了更好地判断厨房的排油烟性能，人们先后采用了多种评价方式来进行评价，常见的如捕集效率。目前，油烟机污染物的总排出量常被分为两部分，一部分为污染物由锅底释放后直接进入油烟机，相当于在最初的一段时间内被油烟机密集捕集并排走的部分，这部分油烟污染物的捕集效率称为一次捕集效率。而另一部分为剩余的未直接排走的污染物，它们先逃逸到室内非捕集区，但最后仍会随室内空气被油烟机捕集并排走，这部分油烟污染物的捕集效率称为二次捕集效率。该评价方法能够对油烟机捕集油烟效率进行精准的评价，但是在室内油烟浓度预测方面却没有进行深入的探究，且目前未有具体的指标能够恰如其分地反映室内环境空气品质。

[0004] 因此，如何对厨房中的油烟浓度进行合理的评价，在捕集效率评价方法的基础上同时获得油烟机性能和室内空气品质二者的信息，从而有针对性地提出改进方案有着重要的意义。

发明内容

[0005] 为了填补厨房室内油烟颗粒物浓度评价的空白，深化油烟机捕集油烟效率评价体系的研究，从而减小厨房室内空间气流和污染物扩散的影响，本发明提出了一种厨房室内油烟颗粒物浓度的评价方法，基于CFD数值模拟技术计算得到的二次捕集效率，实现了定性直观精确地评价厨房油烟浓度。

[0006] 本发明的一种厨房室内油烟颗粒物浓度的评价方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤1、同时考虑水平扰动模式和垂直扰动模式，计算不同工况(即不同扰动速度)下的一次捕集效率和二次捕集效率，统计捕集面上颗粒物的数量正态分布的峰值对应的停留时间x、最小停留时间s和最大停留时间m，则停留时间区间[s,2x-s]内的粒子为一次捕集颗粒，停留时间区间[2x-s,m]内的为二次捕集颗粒；

[0008] 步骤2、根据捕集面在进行油烟颗粒物二次捕集的初始时刻2x-s，计算该时刻整个计算域内每个工况下的油烟颗粒物平均浓度：将整个计算域划分成体积为VB的小立方体，计算每个小立方体内颗粒物的数量，定义为颗粒物浓度C，室内油烟颗粒物平均浓度的定义即对整个厨房空间体积的颗粒物浓度求平均；

[0009] 步骤3、根据步骤2得到的每个工况下的油烟颗粒物平均浓度，与各自对应的二次捕集效率，做相关性分析发现二次捕集效率与油烟颗粒物平均浓度间为正相关关系，即二次捕集效率越高，室内油烟颗粒平均浓度越大；

[0010] 步骤4、利用上述的正相关关系，由二次捕集效率实现定性分析来预测室内油烟颗粒物浓度。

[0011] 与现有技术相比，本发明在基于CFD的油烟机油烟捕集效率确定方法的基础上进行了进一步的探究，使二次捕集效率这一评价指标兼具油烟机性能和室内空气品质二者的信息，既能够判断油烟机排油烟效果，又能掌握厨房室内环境的具体情况，从而有针对性地提出改进方案。

附图说明

[0012] 图1为本发明的一种厨房室内油烟浓度的评价方法整体流程图；

[0013] 图2为本发明具体实施例的CFD模型示意图；

[0014] 图3为一次、二次捕集效率的确定过程示意图；

[0015] 图4为水平扰动模式时二次捕集效率与室内平均油烟颗粒物浓度的关系示意图；

[0016] 图5为垂直扰动模式时二次捕集效率与室内平均油烟颗粒物浓度的关系示意图。

具体实施方式

[0017] 下面将结合附图对本发明具体实施方式作进一步地详细描述。

[0018] 本发明的一种厨师操作对抽油烟机油烟捕集效率影响的评价方法应用于如图2所示的CFD模型示意图的住宅厨房算例中。本实施例具体描述如下：

[0019] 取水平和垂直两种不同的扰动模式，模拟实际厨师操作的两种极限形式。其中，水平扰动模式是指，进行烹饪操作的手臂平行于灶台顶面，且在手臂前端连着垂直于锅底面的烹饪厨具进行逆时针旋转的连杆运动过程。垂直扰动模式是指，与扰动部位等长的物体垂直于锅底面，在锅底面上方的位置进行逆时针旋转的运动过程。通过不同扰动模式中二次捕集效率与厨房室内颗粒物浓度的分析，得到二者的相关性。

[0020] 步骤1、同时考虑水平扰动模式和垂直扰动模式，各取4种不同的扰动速度，运用CFD模拟计算，计算不同工况(即不同扰动速度)下油烟颗粒物的一次捕集效率和二次捕集效率；计算结果如表1所示，表中的rps单位(表示转/秒)；然后，假设一次捕集颗粒类似正态分布，统计捕集面上颗粒物的数量正态分布的峰值对应的停留时间x、最小停留时间s和最大停留时间m，则对应于停留时间区间[s,2x-s]内的粒子为一次捕集颗粒，[2x-s,m]停留时间区间[2x-s,m]内的均认为是二次捕集颗粒。一次、二次捕集效率的计算公式如下：

[0021] 一次捕集效率＝(油烟机内部各面上的一次捕集颗粒数之和)/(污染源产生的颗粒数)

[0022] 二次捕集效率＝(油烟机内部各面上的二次捕集颗粒数之和)/(污染源产生的颗粒数)；

[0023] 表1

[0024]操作扰动(rps) 水平扰动下的二次捕集效率(％) 垂直扰动下的二次捕集效率(％)
0 16.38 16.38
0.5 16.77 22.72
1.0 17.52 23.12
0.5 19.93 16.55

[0025] 步骤2、计算室内油烟颗粒物平均浓度：

[0026] 统计步骤1中根据油烟颗粒物的二次捕集效率(如表1所示)，计算油烟颗粒物进行二次捕集的初始时刻的整个厨房空间内的室内油烟颗粒物平均浓度：整个计算域划分为体积为VB＝0.3m*0.18m*0.236m的小立方体(厨房模型规格为3m*1.8m*2.36m)，计算每个小立方体内颗粒物的数量，即定义为颗粒物浓度C，单位为个/VB，VB是自定义划分出来的小立方体，相当于把整个计算域平均分成好几个格子，再算格子里的数量即定义为颗粒物的数浓度。室内油烟颗粒物平均浓度的定义即对整个厨房空间体积的颗粒物浓度求平均。结果如表2所示的不同操作扰动中油烟颗粒物的平均浓度：

[0027] 表2

[0028]

[0029] 步骤3、相关性分析：

[0030] 根据步骤2得到的每个工况的室内油烟颗粒物平均浓度，分析不同扰动模式中二次捕集效率与厨房室内平均油烟颗粒物浓度的相关性，利用皮尔森相关系数公式计算二者的相关系数：

[0031]

[0032] 式中，ρX,Y为相关系数，cov(X,Y)为样本的协方差，σX、σY分别为二次捕集效率和室内平均颗粒物浓度样本的标准差。

[0033] 计算得到水平和垂直扰动模式中二者的相关系数分别为0.93和0.99。二次捕集效率与室内平均油烟颗粒物浓度间为正相关关系，即二次捕集效率越高，室内油烟颗粒平均浓度越大。

[0034] 步骤4、运用二次捕集效率评价和预测室内油烟颗粒物浓度：二次捕集效率与室内油烟颗粒数平均浓度呈相同的变化特性，因此二次捕集效率的值在一定的程度上可以反映室内空气中停留的油烟颗粒污染物的浓度，相对较高的二次捕集效率即代表室内油烟处于高浓度水平，厨房室内空气未处于良好的环境下。