空气净化器流道结构优化及流体性能研究

黄晓杰

佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司广东佛山528303

摘要：大气环境直接关系到居民的日常生活，因此受到了广泛关注，目前我国的大气污染源分别来自化工生产、城市交通、煤炭取暖等，大气污染不仅给居民带来了危害，室内污染也十分严重，许多建筑物因为急于求成，刚刚装修完就让居民入住，也严重危害了生活健康。研制的空气净化器则可以有效地解决空气质量问题，保护居民安全健康，本文对净化器流道结构优化进行分析探讨。

关键词：大气污染；空气环保；净化措施；流体理论；流道结构优化

流体力学仿真软件通过所搭建的仿真结构模型，改变模型的实际参数和运行方案。当运行风机的实际情况曲线，来仿真出真实的空气运行状态，由此来分析结构模型中所在的对应曲面上的关键参数，具体包括流量、压力等。该篇主要根据该仿真软件来研究空气净化器的功能特性，并根据实际数据来优化。

1参数选择

仿真模型主要以无轴离心风机为基础，外半径设置为15cm，进风类型采用内部转子的前倾单向式，转子转速选定为230rad/s，转子进风方向为顺时针，体积容量1.2kg/m3。

理想的风能运行曲线近似为理想直线，但由于现实情况下能量损失严重，所以和理想直线有所差别，能量损失主要来源于以下三方面：机械转矩摩擦产生的损失、风力压力和实际有所差距、容量损失产生的损失。

将风机的各种参数设定完成后，利用结构原理，在仿真软件中将空气流动模型展示出来，同时将风机的初始滤芯和过滤装置等零部件对空气流动的实际阻力。这些阻力是指在实际零部件中所受到的阻力方式，流体力学仿真软件根据流动速度来测定，在这里根据所设定的初始滤芯和过滤装置等零部件初始参数，来确定风机所受到的阻力。可确定参数的基本方程：，其中，V为实际流动速度，可以在仿真软件中求解出各个部分的速度；R为提前设定值，表示流体密度，主要可以划分为A和B两种不同类型。这些参数通常根据实际情况和制造厂商所给定方案来确定。

最后还需要检查模型的安全状况，判定模型是否满足标准。流体力学仿真软件中就能定义封盖的安全状况，根据边界条件和内部容量来确定风机结构的实用条件。通常在仿真软件中仅仅需要定义封盖表面，再根据封盖表面确定模型参数。如果发现仿真所搭建的三维模型存在空间的问题，需要判定结构中的空气流动是否稳定运行。

主要目的是根据用户的实际设定参数，然后利用仿真软件对空气流动模型进行求解。该篇通过风机的内部流动结构仿真模型，根据所计算出的实际数据，来确定仿真结果中的初始滤芯和过滤装置的空气流动的体积参数和流量。

2流体仿真结果与结果分析优化

仿真参数和基本条件设定完成后，将仿真软件进行仿真执行，执行后一段时间，就会求解出基本结果。根据封盖的表面参数，可以计算出初始滤芯和过滤装置的空气流动的体积参数和流量。利用流体力学仿真软件，计算结果确定A滤芯的出风量0.001975m3/s，B滤芯的出风量0.016366m3/s。所以，根据结果可知A滤芯出风量过低，使用率效果不佳，使得B滤芯的使用频率过高，净化功能减弱，需要进行一定程度的改动。

第一，观察仿真的空气流动图能够发现控制系统对气流有很深的影响，然而箱体右边的容量所占较大，保证控制系统加装于箱体右侧上，为空气流动保留出有效的空间。

第二，根据仿真数据可以发现滤芯A在空气流动过程中缺少充分的风量，使用效果欠佳。但是将风机的上面通分装置拆卸，仅仅保持风机箱体左方向通风，能够达到合适优化效果，保证稳定的空气流动。但是因为实际的通风装置，需要在箱体右侧加装滤芯，才可以适应正确的空气流动装置。

而且，即使风机的其它结构存在差异，根据实际的仿真结果，可以确定A部分的气体流动产生漩涡情况。根据经验展示，气流漩涡会对周围环境产生很大的影响，噪声很大。解决这种问题的有效方法时，在A部分安装多介质的圆弧形消音装置，不仅可以缓解对外界环境的影响，同时还能起到气体导流作用。将仿真模型进行一次次优化、调试，可以发现两种滤芯的风量差得到了有效的控制，维持在5%以内，因此发现这两种滤芯的利用情况得到验证，空气流动状态也有了一定的优化，但是这两种滤芯的风量差还依然有差别。

在结构内容上未发生具体改变的状况下，使得两种滤芯的气体流动保持平衡，经过多次仿真实验后，可以发现136点的两种滤芯风量差减少为0。

在各组数据的中间点向左向右选择七个对应点来代表数据的整体（两种滤芯的流量差），纵坐标表示风量的体积差，横坐标代表角度，可以在二维平面描点，得到散点示意图，如图1所示。

图1风量差和角度关系图

想要获得最佳风量时角度，需要对测量的点进行直线拟合，在此利用最小二乘法进行直线的拟合。然后确定拟合效果，找到最佳的匹配方案，纵坐标表示风量差值，横坐标表示角度，按照拟合函数一元一次直线y=ax+b，然后再利用数学理论的微分中值定理，将该公式

该方程组是数据拟合问题的标准方程组，从而求解出a和b的数值。并且将这两个参数值引入拟合函数中，来得出函数值的实际拟合数据，具体对比数据为图2。根据该图像可以发现，直线是拟合一次直线，而散点是结果所得到的数据，均匀地散落在直线的周围，拟合效果好。令函数方程中y=0，求解出角度为136.155625，可知当角度设定为此值时，能求解出标准的风量。所以，滤芯所进行的风量优化已经满足预期的实际效果。

图2实际数据与拟合情况对比

要是验证仿真的实际结果，把角度的数据添加到仿真模型中，根据两中滤芯的流量差值，使得两种滤芯的流量保持稳定，根据体积流量的实际参数0.0414m3/s，可以发现仿真结果具备很好的性能优化，因此可以验证仿真结构模型达到了很好的优化成果。

3结语

综上所述，利用流体力学仿真软件来确定优化方案，能够对风机的实际运行结果进行优化，利用流动仿真，可以清楚地确定出在风机中空气的流动方向，根据效果的不正常现象，进行参数优化和结构整理。

流体力学仿真软件的参数优化方案能够改变以往的风机运行结果，进一步优化了运行方案，使得风机的性能和时间达到最优。如果需要更效果最佳的内同，需要考虑仿真软件的有效内存以及风机结构容量问题，简化结构，会在一定程度上影响结果。

参考文献：

[1]何晓庆.空气净化器流道结构改进与流体性能分析[J].安徽科技，2017（11）：49-52.