家用除湿机风道优化设计研究

家用除湿机风道优化设计研究

洪嘉汉

广东松下环境系统有限公司 528303

摘要:家用除湿机在南方空气较湿润地区应用较为广泛，它的使用不仅能够为人们提供了高质量的生活，而且还能有效解决因湿热太重所引发的一系列健康问题。家用除湿机具有低噪音、易收纳及外形美观等特点，设计过程中，常采用多翼离心机设计方式。当前家用除湿机设计方式与工业用除湿机具有诸多相似点，由于场所不同，因此，其设计理念也各不相同。就家庭除湿机而言，其设计的重点内容是不仅需要达到一定风量，而且还能够具有很好的降噪功能。因此，本文针对家用除湿机相关问题，简要做下分析，以供学习参考。

关键词：家用除湿机 风道优化 设计研究

除湿机一般多用于南方地区的图书馆、储藏室及家居对于干燥环境要求相对较高区域。近年来，除湿的使用率愈加广泛，在未来发展过程中，其普及率有望等同于空调等常用家具设施。随着人们精神生活的日益提升，当前除湿机在设计过程中，也愈加追求精致化。这个过程中，其实用性还是作为设计的首要考量因素。针对这个问题，本文就除湿机风道优化相关设计问题，做下简要分析，具体如下。

一、构建数学模型

本文研究中，随机选取市场中常见的家用多翼离心机作为参考对象，其相关参数为55个叶片，叶片轮外径为195mm，内径与外径之比为0.85，进出口安装角分别为90度及21度。

首先，由于多翼离心机在设计过程中，具有多样化的流态及较高的曲率，因此在实际设计过程中，可采用三维雷诺平均守恒方程来进行相关数据计算，同时，由于该设计不需要较高的压力及速度，因此空气密度可以忽略不计。该设计由于内部为旋转流体，因此，本体旋转情况下需要做好坐标系统，其求解方式可利用旋转非惯性坐标系。

其次是定义边界条件，由于其旋转区为叶轮位置，因此坐标系采用的是多种旋转设计。由于剩余区域是静止的，因此，坐标系使用时也是静止的，坐标原点位置处于蜗壳后盖中心，进风口对应Z轴指向，旋转壁面则是叶轮与后盘外的表面，因此，旋转、静止壁面都需要达到无滑移要求。计算域流体进出口位置，主要位于风机进出口与蜗壳进出口表面。进口边界可定义为压力，而出口边界条件则定义为负进口速度，这个过程中要得出速度的数值，首先需要明确额定风量与截面面积。

最后，由于流道相对复杂，在叶轮网格划分时，可以采用六、四面体的非结构网络进行，根据不同的方案来制定不同的网格量。叶尖处可对网格实行加密处理，这样能够使流体分离及合流工作更为合理。

二、家用除湿机的优化设计方案

家用除湿机在设计过程中，由于对其外形、尺寸具有一定要求，因此，在相应的风道优化设计中，这些数值也需要保持不变。基于这项要求，本次实验对于蜗壳的曲线要求，不做过多阐述，主要优化要点针对于出口涡舌部位。具体到优化设计中，本文主要提出四个方案，一是对产品实行初始优化设计，其他三种则主要是在风量符合要求下，最大程度来降低设备的噪音。方案一中，涡舌部位的半径是5mm，方案二-四半径相对较长，为7mm，处于喉部区域其直径也会逐渐增加。虽然方案二-四半径相同，但是，其设计原理还是存在诸多差异，如风机入口的设计不同，壳体上也有不同的设计差异等。

三、优化设计模拟方案的相关结果

1.计算结果

对于四种不同的方案在数据计算过程中，结果发现方案二与方案四在优化设计中存在诸多相似之处，且在数据分析中很难得到明显体现。经过实际方案数据对比发现，造成这种结果的主要原因是方案模拟过程中，在数据计算过程与假设过程中，存在一定偏差值。

2.静压现象

该次研究中，静态压力的发布情况发现，方案一与方案三都存在较小区域内，静压明显较高等情况，而在方案二中，相关数值则表现的较为正常，没有出现类似情况。一般情况下，如果这个过程中，存在静压异常情况，则对于相关出流情况则会产生很大影响。该次研究通过实际数据分析发现，方案一中与方案三中的静压现象是涡舌碰撞之后产生的，因此，这个过程中，可能会带来能量上的损耗。因此，在风道设计过程中，需要注意这一设计要求，将其考虑到设计范围内，从而降低因撞击所带来的经济损失，以提升整体工作效率，降低耗能的发生。

3.出口逆流情况

风机设计过程中，由于叶轮的旋转速度较快，因此，在其工作过程中，内部产生的气流则会存在一定吸附作用，叶轮外部的蜗壳的出口部位，则会存在动压与速度的最大差值。方案一设计过程中，在其工作过程中，由于受到喉部尺寸等要素的限制，因此在出口部位存在的阻力相对较大，这种情况会使一部分游离于涡舌上游出口部位的气流，流回至叶轮进口部位，因此，由于这个区域内存在出口逆流的情况，从而会导致风量较少，从而影响整体工作效率。同时，这个过程中，出风口的气流多集中于一侧，因此，对于气流工作中的流动情况也会产生不同程度的影响，从而引发该设备的正常工作噪音，噪声与流量变化关系。而在方案三的设计中，由于在设备涡舌区存在一定的扩张情况，因此，蜗壳内部的压力值较常规数值较大，久而久之会超过其所能承受的极限值，从而导致叶道内出现气流缺失情况，并引发气流回流的情况，导致气流集中于一侧，从而影响其正常工作。

4.综合评价指标

本次研究通过实际相关分析得出，方案二设计具有更多优势。同时，为了进一步验证这项结果的准确性，可采用CNC来对四个模型进行有效构建，后期采用实验的形式来对结果进行验证。从本次进一步研究发现，方案一-方案三在风量大致相同的情况下，所产生的噪音值在可接受范围内，其功能消耗还处于均值状态。而对于方案二而言，其大致功耗，基本与初始设计相当。由于设计过程中，叶轮进口位置没有端盘，并且在两侧会存在较大的压力差值，因此，在其实际工作过程中会出现逆流的情况，且这种情况是长期存在的。也是基于上述特点，从而导致叶轮会出现无故逆流的情况，从而引发能源的无故消耗，大大降低了其实际工作效率，由此可见，降低泄露量是优化设计风道的关键因素。针对这一优化策略，在方案四中，采用了封闭式封槽，从而有效弥补了传统设计中存在的不足，大大降低了漏风量，最大程度上减少了能量的损耗，从而达到了耗能与噪音优化的双重目的，在实际优化风道中，取得了理想的效果。

四、结语

总而言之，涡舌部位的半径数值对于风量与噪声能够产生一定的影响，对于这个量值进行相应的优化措施，能够有效避免静压数值上升的情况，从而最大程度降低耗能。同时，由于除湿机在设计过程中，在出风口处会存在一定的曲线，因此，对于回流区也会产生很大的影响，如果设计过程中，能够保持合理的扩张度，则能够满足相应的标准，使耗能降低最低，有效提升设备的效率利用。同时，经过对于四种方案的优化设计分析，发现方案二的设计具有更好的使用体验，设计方案更为合理。在方案四中，基于方案二基础上，增设了密封槽的设计，则实际使用过程中，不仅具备了方案二中的使用特性，而且让使用效果得到了进一步优化，因此，可以进一步参考使用。本文主要通过市场中家用除湿机，几种不同产品进行研究，并在此基础上，对于风道优化进行了优化，通过相关实验数据分析，希望为下一步家用除湿机的发展，提供有价值的参考数据，以期更好的产品来满足市场需求。

参考文献：

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