家用空氣凈化器的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)含5張CAD圖
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家用空氣凈化器的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)
摘 要
室內(nèi)空氣中的微粒、細(xì)菌、病毒和其它有害物質(zhì)日積月累地?fù)p害著人們的身體健康，特別對于那些長期處于室內(nèi)環(huán)境的人。隨著生活水平的提高，人們對自己日常生活和工作的室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的要求和期望也在不斷提高，室內(nèi)空氣凈化技術(shù)成為了環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)新的課題。尤其是在室內(nèi)空氣凈化器誕生以后，各種不同類型的空氣凈化器如雨后春筍般涌現(xiàn)入市場。
本文的主題為空氣凈化器的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有多翼式離心通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，包括通風(fēng)機(jī)的葉輪，蝸殼等。其次需設(shè)計(jì)凈化器的控制電路，本次設(shè)計(jì)采用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。本論文則是在此背景下研究并設(shè)計(jì)出一種有凈化除室內(nèi)空氣，并能檢測自啟的凈化器。
關(guān)鍵詞：空氣凈化器；設(shè)計(jì)；控制；風(fēng)機(jī)；
ii
Structure and function design of household air cleaner
Abstract
In indoor air particles, bacteria, viruses and other harmful substances accumulated damage people's health, especially for those people in the indoor environment in a long time. With the improvement of living standards, the demands and expectations of people in their daily lives and work of the indoor air quality of the environment also continues to improve, indoor air purification technology has become a new task in the field of environmental protection. Especially after the birth of the indoor air purifier, a variety of different types of air cleaners have sprung up into the market.
The theme of this paper is the design of the structure and function of the air purifier, the main design content is the design of the multi blade centrifugal fan, including the impeller of the fan, the spiral case and so on. Secondly, the control circuit of the purifier is designed, and the relay contactor control system is adopted in this design. In this paper, the research and design of a clean room air, and can detect the self Rev.
Key words: Air cleaner; design; control; draught fan;
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
第一章 緒 論 1
第一節(jié) 課題研究的背景 1
一、 室內(nèi)空氣污染的現(xiàn)狀 1
二、 室內(nèi)空氣凈化器的發(fā)展現(xiàn)狀 2
第二節(jié) 國內(nèi)外研究概況 4
一、 集流器及其對內(nèi)流的影響 4
二、 多翼葉輪及其對內(nèi)流的影響 5
三、 蝸殼及其對內(nèi)流的影響 8
四、 電機(jī)及其對內(nèi)流的影響 9
五、 各部件之間的匹配 9
六、 多翼離心風(fēng)機(jī)的噪聲研究 9
第三節(jié) 空氣凈化器凈化技術(shù)種類 11
一、 電集塵式 11
二、 過濾式 11
三、 負(fù)離子 12
四、 臭氧 13
五、 活性炭 16
六、 光觸媒 17
第四節(jié) 研究意義 17
第2章 多翼離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì) 19
第一節(jié) 葉輪的設(shè)計(jì)方法 19
一、 比轉(zhuǎn)速的計(jì)算 20
二、 計(jì)算周速u2 20
三、 確定葉輪外徑D2及周速u2 20
四、 確定葉片進(jìn)口直徑D2大小 20
五、 確定葉輪寬度b1、b2 20
六、 確定葉片中心角和進(jìn)、出口角 20
七、 葉片圓弧半徑 21
八、 確定葉片數(shù)z 21
九、 計(jì)算滑差系數(shù)K 21
十、 計(jì)算有限葉片數(shù)氣流出口圓周分速c2u 21
十一、 驗(yàn)算壓強(qiáng) 22
十二、 計(jì)算蝸殼平均速度 22
第二節(jié) 蝸殼傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的分析 22
一、 確定蝸殼寬度B 22
二、 風(fēng)機(jī)蝸殼張開度 22
四、 蝸殼出口長度 23
五、 風(fēng)機(jī)出口速度 23
六、 風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓 24
七、 風(fēng)機(jī)出口靜壓（估算） 24
第三節(jié) 電機(jī)選擇 24
一、 風(fēng)機(jī)所需軸功率 24
二、 風(fēng)機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率 24
第四節(jié) 葉片型線的繪制 25
第五節(jié) 強(qiáng)度校核與材料選擇 26
一、 葉片的強(qiáng)度計(jì)算 26
三、 軸盤材料選用的計(jì)算 28
第六節(jié) 小結(jié) 28
第三章 控制電路的設(shè)計(jì) 30
第一節(jié) pm2.5傳感器 30
一、 pm2.5傳感器的介紹 30
二、 pm2.5傳感器的原理 30
第二節(jié) 單相電動(dòng)機(jī) 30
一、 介紹 30
二、 原理 31
三、 電容式啟動(dòng)設(shè)計(jì) 32
第四節(jié) 控制電路元件 32
一、 接觸器 33
二、 熱繼電器 34
三、 按鈕 36
四、 熔斷器 38
第五節(jié) 電器原理圖的繪制 38
一、 繼電器-接觸器系統(tǒng)的概況 38
二、 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 38
三、 對控制系統(tǒng)的要求 38
四、 設(shè)計(jì)方案 38
五、 方案選擇 40
第四章 全文總結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 42
致 謝 43
vii
第一章 緒 論
第一節(jié) 課題研究的背景
一、 室內(nèi)空氣污染的現(xiàn)狀
隨著生活水平的迅速提高，人們對自己日常生活和工作的室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的要求和期望也不斷提高。同時(shí)，建筑節(jié)能的要求卻在現(xiàn)代科技的支持下，使室內(nèi)建筑的密閉性越來越好，室內(nèi)空氣與室外空氣的交換越來越少，極易導(dǎo)致室內(nèi)污染物的積累，引發(fā)室內(nèi)空氣污染。當(dāng)前，室內(nèi)空氣污染被認(rèn)為是繼“煤煙型”、“光化學(xué)煙霧型”污染后的第三大類污染[1]。
室內(nèi)空氣污染可以定義為：由于室內(nèi)引入能釋放有害物質(zhì)的污染源或室內(nèi)
通風(fēng)不佳而導(dǎo)致室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)，無論是數(shù)量上還是種類上不斷增加，并引起人的一系列不適癥狀的現(xiàn)象[1]。
通常所說的空氣污染是指室外的空氣受到污染，我國的空氣污染治理始于20 世紀(jì) 70 年代，主要圍繞工業(yè)污染源進(jìn)行治理。隨著國家對環(huán)保投入的加大，國民環(huán)保意識的提高，特別是全國主要城市空氣污染日報(bào)及預(yù)報(bào)的發(fā)布使各界、各階層人士對環(huán)境的重視、尤其是對人們自身生活范圍環(huán)境的重視達(dá)到了前所未有的程度。實(shí)際研究表明，室內(nèi)環(huán)境污染往往比室外污染的危害更為嚴(yán)重，空氣中的微粒、細(xì)菌、病毒和其它有害物質(zhì)日積月累地?fù)p害著人們的身體健康，特別是長期處于封閉室內(nèi)環(huán)境的人尤其如此。
據(jù)國際有關(guān)組織調(diào)查統(tǒng)計(jì)，世界上 30%的新建和重建的建筑物中發(fā)現(xiàn)存在著對身體健康有害的室內(nèi)空氣[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織和我國有關(guān)部門調(diào)查研究表明，室內(nèi)空氣污染引發(fā)的健康問題日益突出，有報(bào)道稱，對一新建辦公樓內(nèi)空氣中的脂肪烴、芳香烴和鹵代烴等 14 中 VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明 7 月份室內(nèi)空氣中的含量達(dá) 1299μg/m3，而室外的僅僅為25.5μg/m3，可見室內(nèi) VOC 的污染相當(dāng)嚴(yán)重。近年來，國家衛(wèi)生、建設(shè)、環(huán)保等部門聯(lián)合對室內(nèi)裝飾市場進(jìn)行了一次調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在有毒氣體污染的室內(nèi)裝修材料占 68%，這些材料中含揮發(fā)性有機(jī)化合物高達(dá) 300 多種。其中人體能產(chǎn)生明顯感覺的有毒有害的有機(jī)化合物以甲醛、苯、氨等最為突出。綜合調(diào)查表明，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、建筑及裝飾材料、辦公設(shè)備和家用電器等是室內(nèi)空氣質(zhì)量最重要的“隱性殺手”[2]。來自我國各地大量的檢測數(shù)據(jù)表明，近年來，我國室內(nèi)化學(xué)性物理性、生物性的污染都在增加，類似的病癥還很多，爆發(fā)的頻率也越來越高。
據(jù)調(diào)查，我國目前使用的大部分室內(nèi)裝飾材料不同程度地含有有機(jī)溶劑、甲醛、苯等有機(jī)物，其中甲醛、苯等都是已知的致癌物質(zhì)。有居民在住宅裝修后居住才兩天，即感到胸悶、發(fā)燒，經(jīng)診斷，是裝飾材料散發(fā)的有毒氣體引起的呼吸道中毒，并誘發(fā)肺炎和肺氣腫[2]。2002年黑龍江省尚志縣某學(xué)校5名學(xué)生在剛剛粉刷的教室里出現(xiàn)空氣污染物嚴(yán)重中毒癥狀，其他師生也有不同程度的反映。此外，可吸入顆粒物對人類健康和生態(tài)環(huán)境有很大影響[2]。對其中直徑小于2.5微米的細(xì)微顆粒物的研究表明，它們將會增加人類重病及慢性病患者的死亡率、促使呼吸系統(tǒng)及心臟系統(tǒng)疾病惡化、改變肺功能及結(jié)構(gòu)、改變免疫結(jié)構(gòu)等。
統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國20世紀(jì)80年代以前，室內(nèi)污染物主要是燃燒煤所產(chǎn)生的二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物。90年代初期，由于室內(nèi)吸煙、燃煤、烹調(diào)以及人體呼出的二氧化碳等149種有害物質(zhì)對室內(nèi)的污染，引發(fā)了室內(nèi)空氣喚氣劑的銷售熱潮，但因室外空氣污染的日益嚴(yán)重，這種對室內(nèi)空氣污染的初級治理，不久就漸漸退潮。到90年代末，隨著住宅的改革和國民生活水平的提高，特別是建材業(yè)的高速發(fā)展和裝修熱的興起，由裝飾材料造成的污染成了室內(nèi)污染的主要來源，尤其是空調(diào)的普遍使用，要求建筑結(jié)構(gòu)有良好的密閉性能，以達(dá)到節(jié)能的目的，而現(xiàn)行設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)多數(shù)新風(fēng)量不足，在這種情況下造成了室內(nèi)空氣質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。室內(nèi)空氣污染的現(xiàn)狀在時(shí)刻提醒我們，對于室內(nèi)空氣污染的預(yù)防與治理直接關(guān)系著人類的生活環(huán)境與身體健康，能否有效、徹底地解決室內(nèi)空氣質(zhì)量問題已逐漸被人們所關(guān)注，也是環(huán)?？萍贾幸豁?xiàng)重要的研究課題。
二、 室內(nèi)空氣凈化器的發(fā)展現(xiàn)狀
空氣凈化技術(shù)是近二十年來隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展而逐步形成的一門綜合性新技術(shù)。目前，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的現(xiàn)行方法分為三種：源控制、通風(fēng)和空氣凈化[3]。源控制是改善空氣質(zhì)量最明顯的方式，這在室外環(huán)境中使用得非常成功，也是發(fā)達(dá)國家很多城市室外空氣質(zhì)量明顯改善的主要原因；通風(fēng)可減少室內(nèi)污染物的濃度，這種方式使各種污染物的減少程度并無差別，但通風(fēng)空調(diào)裝置與系統(tǒng)功能的改進(jìn)和提高則是這項(xiàng)工程中必不可少的部分；空氣凈化作為一種治理手段與通風(fēng)相似，都是在空氣被污染后去減少污染物，空氣凈化系統(tǒng)是用來控制粒狀物質(zhì)、氣體污染物，對大的固定污染物，凈化除塵系統(tǒng)具有著不可比擬的有效性和可靠性?？諝鈨艋姆绞接泻芏喾N，主要分為殺菌和消毒，殺菌方法包括了：高溫干燥殺菌、高壓蒸汽殺菌、氣體殺菌、過濾殺菌、放射線殺菌等，消毒方法則包括了：煮沸和常壓蒸汽消毒、低溫消毒法、紫外線照射法與藥劑消毒法，眾多方法各有所長。
室內(nèi)空氣凈化器是實(shí)現(xiàn)空氣凈化的最直接、便捷的儀器，隨著室內(nèi)空氣污染性質(zhì)的不斷變化與污染程度的加大，室內(nèi)空氣凈化器技術(shù)也得到了快速地發(fā)展。目前空氣凈化器產(chǎn)品有以下幾種：機(jī)械過濾式凈化器、機(jī)械過濾吸附式凈化器、靜電式凈化器、負(fù)離子凈化器[4]、紫外光空氣凈化器等。
機(jī)械過濾式凈化器，是一種小型空氣過濾器，空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓，通過過濾材料，從而凈化顆粒污染物，只能除去一定大小的顆粒污染物，總體凈化效果不佳。
機(jī)械過濾吸附式凈化器，分別采用不同的凈化機(jī)理取出顆粒污染物和氣態(tài)污染物，這種凈化器將普通空氣過濾技術(shù)與活性炭吸附技術(shù)結(jié)合起來，總體上改善了凈化性能，但活性炭存在吸附飽和狀態(tài)，比較麻煩，因而沒有得到廣泛應(yīng)用。
靜電式凈化器，是一種靜電式空氣過濾器，對較大的顆粒污染物效果較好，但是會產(chǎn)生臭氧等二次污染物，正被逐步淘汰。
負(fù)離子凈化器，負(fù)離子凈化器是目前被廣泛使用的一種凈化器，通過強(qiáng)電場產(chǎn)生負(fù)離子與顆粒污染物結(jié)合形成“重離子”，沉降或吸附在物體表面，并能殺滅細(xì)菌，凈化效果良好，但是，這種空氣凈化器同樣能產(chǎn)生臭氧，造成二次污染。
紫外光空氣凈化器，是利用了紫外線的原理通過紫外線的照射，穿透微生物的細(xì)胞膜，破壞各種病菌，細(xì)菌，寄生蟲以及其他致病體的DNA結(jié)構(gòu)，毀壞其核酸分子鍵，使細(xì)菌當(dāng)即死亡或不能繁殖后代，從而達(dá)到消毒滅菌的作用。 在歐美、日韓等國，利用紫外線消毒原理的家用電器已經(jīng)非常普及。在國內(nèi)一直長期應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。例如近幾年發(fā)生的SARS（非典），禽流感，手足口病等規(guī)模型的傳染病，一直作為醫(yī)療機(jī)構(gòu)重要的預(yù)防消毒手段[2]。室內(nèi)紫外光空氣凈化器在安全、環(huán)保、效果方面獲得重大突破，專為居家使用量身定做，更符合家庭消毒標(biāo)準(zhǔn)。本課題將設(shè)計(jì)出足夠風(fēng)量的通風(fēng)機(jī)，及電氣控制，對室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究具有重要的促進(jìn)意義。
第二節(jié) 國內(nèi)外研究概況
多翼離心風(fēng)機(jī)主要包括集流器、葉輪和蝸殼三大部件,在某些應(yīng)用場合還會采用內(nèi)置電機(jī),以節(jié)省空間。
一、 集流器及其對內(nèi)流的影響
集流器的作用是保證氣流能均勻地充滿葉輪進(jìn)口截面,降低流動(dòng)損失。對于多翼離心風(fēng)機(jī),由于汗卜輪直徑比較大、口一十片很短,常選用相對寬度很大的等寬度葉輪,此時(shí)集流器的結(jié)構(gòu)型式對葉輪的入口流動(dòng)影響較大。此外,氣流通過集流器進(jìn)入葉輪時(shí),在集流器背部形成一個(gè)渦流區(qū)。尤其對于空氣清新機(jī)用多翼離心風(fēng)機(jī),葉輪通常只有后盤,沒有前盤,只是依靠葉輪靠近風(fēng)機(jī)進(jìn)口側(cè)端面外徑處的圍帶結(jié)構(gòu)來加固,此時(shí)進(jìn)口渦流區(qū)域往往影響到葉輪中前盤附近氣流的流動(dòng)狀況,對風(fēng)機(jī)性能的影響不容忽視。進(jìn)口渦流區(qū)域的大小與集流器型式有關(guān),不同的集流器型式將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)內(nèi)部不同的流動(dòng)狀態(tài),因此,其形狀設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能符合葉輪進(jìn)口附近氣流的流動(dòng)狀況,盡量減小渦流區(qū)范圍,同時(shí)還應(yīng)保證集流器流道內(nèi)氣流流動(dòng)的平穩(wěn)性。王嘉冰、區(qū)穎達(dá)采用CFD方法對3種采用不同結(jié)構(gòu)型式集流器的風(fēng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)三維數(shù)值模擬計(jì)算。第一種為出口截面直徑小于葉輪內(nèi)徑的收斂型集流器,第二種為出口截面直徑大于葉輪內(nèi)徑的收斂型集流器,第三種為出口截面直徑大于葉輪內(nèi)徑的漸擴(kuò)型集流器。研究表明,第一種集流器有助于提高葉輪對氣流的利用率,并減小蝸殼內(nèi)側(cè)的泄漏氣流對主氣流流動(dòng)狀態(tài)的影響;第三種集流器則有助于減小其背部的渦流區(qū)域,綜合考慮,采用第二種集流器的風(fēng)機(jī)具有最優(yōu)性能。
采用錐弧形集流器時(shí),在集流器喉部之前的減縮段部分的氣流流動(dòng)一般比較平穩(wěn),而在集流器喉部到葉輪進(jìn)口的擴(kuò)散階段氣流脫離壁面容易發(fā)生邊界層分離,形成旋渦,使得葉道中的流動(dòng)情況惡化,在前盤附近形成一個(gè)較大的渦流區(qū),并伴有二次分離現(xiàn)象發(fā)生,導(dǎo)致?lián)p失增加,風(fēng)機(jī)效率降低。林世揚(yáng)等采用激光多普勒測速儀觀察到了這種現(xiàn)象,并運(yùn)用變量輪換法以風(fēng)機(jī)能量損失最小為目標(biāo)函數(shù)對集流器流道進(jìn)行優(yōu)化,通過減小漸縮段的錐度、增加喉部半徑、改變漸擴(kuò)段曲線形狀,消除了擴(kuò)散階段的邊界層分離,前盤附近的渦流區(qū)域亦明顯減小,降低了流動(dòng)損失,改善了風(fēng)機(jī)性能,提高了風(fēng)機(jī)效率。
對于不帶前盤的多翼離心風(fēng)機(jī),集流器出口截面直徑通常都會設(shè)計(jì)成大于葉輪內(nèi)徑。MonatZerin等考慮到收斂型式(喇叭口型式)的集流器背部的前盤區(qū)域會產(chǎn)生較大的渦流區(qū)域,因此建議選用漸擴(kuò)型式的集流器結(jié)構(gòu)型式(集流器進(jìn)口截面直徑小于集流器出口截面直徑),以減小該渦流區(qū)域的范圍,增大葉輪的有效通流寬度,通過試驗(yàn)證明,改進(jìn)之后的進(jìn)氣口可以增大流量,并在葉輪出口獲得更加均勻一致的氣流。
集流器的位置、型式也會對風(fēng)機(jī)性能產(chǎn)生一定的影響。由于葉輪與集流器之間存在著間隙,蝸殼中靠近風(fēng)機(jī)進(jìn)口側(cè)的高壓區(qū)域的氣流將通過該間隙流回到葉輪進(jìn)口的低壓區(qū),形成泄漏,引起損失。ShigeotshiYAMAMOTO等研究發(fā)現(xiàn):對于弧筒形集流器,如果采用內(nèi)插(集流器出口截面插入到葉輪內(nèi)部)和外延(集流器進(jìn)口截面向蝸殼外部延伸)相結(jié)合的位置型式,并且選取合適的內(nèi)插和外延長度,可以有效地提高風(fēng)機(jī)的壓力、效率;若同時(shí)采用傾斜蝸舌,還可以獲得更好的性能〔月。對于空氣清新機(jī)用多翼離心風(fēng)機(jī),葉輪與集流器一般采用對口型式(軸向間隙)。莊鎮(zhèn)榮的研究表明:該軸向間隙的取值在大流量時(shí)對風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響較大,間隙太大將導(dǎo)致泄漏流量增大,損失增加;間隙過小時(shí)在大流量條件下泄漏氣流對主氣流的影響增強(qiáng),并降低葉輪進(jìn)口段的利用率,因此軸向間隙存在一個(gè)最優(yōu)值,取為葉輪外徑的0.020一0.025倍時(shí)比較合適。
二、 多翼葉輪及其對內(nèi)流的影響
黃衰武、區(qū)穎達(dá)等在多翼葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪外徑與寬度、翼型一定時(shí),選擇出口安裝角、進(jìn)口安裝角、輪徑比三個(gè)特征參數(shù)作為影響因素,每個(gè)因素取三個(gè)水平,按正交表進(jìn)行正交試驗(yàn),采用方差分析法對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出在其他條件不變的情況下,出口安裝角對多翼離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和噪聲影響最大,對風(fēng)量的影響輪徑較出口安裝角次之,對噪聲的影響進(jìn)口安裝角較出口安裝角次之。同時(shí)運(yùn)用兩指標(biāo)的綜合評分法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了直觀分析,驗(yàn)證得出了合理的加權(quán)評分系數(shù),風(fēng)量的加權(quán)系數(shù)取6k00,噪聲的加權(quán)系數(shù)取4k00;及各參數(shù)對空調(diào)器綜合性能影響的主次關(guān)系為:出口安裝角一進(jìn)口安裝角一輪徑比一葉片數(shù)仁42J。魏文平采用拉丁方設(shè)計(jì)方法,針對影響多翼離心風(fēng)機(jī)全壓的幾個(gè)主要特征參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得出在蝸殼不變、葉輪外徑與寬度相同、葉片翼型相同、轉(zhuǎn)速一定的條件下,多翼離心葉輪參數(shù)對風(fēng)機(jī)全壓的影響主次為:出口安裝角、葉片數(shù)、輪徑比、進(jìn)口安裝角。綜上可以看出,多翼離心葉輪參數(shù)對風(fēng)機(jī)全壓與對風(fēng)量的影響存在較大差別,除出口安裝角的影響均較顯著外,其余參數(shù)的影響程度正好相反。
多翼葉輪相對寬度較大,通常b/D2=0.4左右,致使在葉輪進(jìn)口處氣流沿軸向分布不均勻。氣流沿軸向向后盤的流動(dòng)過程中,由于葉輪的旋轉(zhuǎn)以及后盤的阻擋,氣流在慢慢發(fā)生轉(zhuǎn)向,軸向速度逐漸減小,徑向速度逐漸增大。在前盤附近,氣流主要沿軸向流動(dòng),靠近葉輪中部以及后盤,氣流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鳌Ｒ虼?在前盤附近,氣流參數(shù)變化較大,且受集流器背部渦流區(qū)影響,易形成大渦流區(qū),其大小隨周向位置的改變、風(fēng)機(jī)流量的大小而有所不同,構(gòu)成了風(fēng)機(jī)損失以及噪聲的一個(gè)主要來源。前盤渦流區(qū)域同時(shí)還會引起葉輪出口氣流軸向分布不均。在軸向方向,前盤附近的氣流流速很小,主氣流通常朝向葉輪后盤位置傾斜。同時(shí),由于蝸殼流道的不對稱,葉輪進(jìn)出口氣流在周向分布同樣并不均勻,尤其是徑向流速部分。在周向方向,越靠近蝸殼出口,氣流速度越大。SuusmuYAMAZAKI等的試驗(yàn)結(jié)果表明:葉輪進(jìn)出口有效的通流寬度分別約為葉片寬度的34/(進(jìn)口)和23/(出口)左右;葉輪出口相對寬度小于0.35時(shí),口一卜輪出口有效的通流寬度急劇減小;葉輪的內(nèi)外徑比和流量對于葉輪出口有效通流寬度的影響較小。由此提出了阻塞因子的預(yù)測式,并根據(jù)角動(dòng)量基本理論,通過滑移因子、阻塞因子、泄漏流量的確定提出了軸功率的預(yù)測計(jì)算式以及包括分離損失、沖擊損失、表面摩擦損失、葉道彎曲損失、混合損失等在內(nèi)的葉輪內(nèi)部和蝸殼內(nèi)部的損失計(jì)算模型;并且指出:在葉輪中,分離損失和沖擊損失占主要地位,但流量增加的情況下曲率損失和混合損失會有所增大;在蝸殼中則以周向沖擊損失和表面摩擦損失為主。其后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn):若將葉輪順著旋轉(zhuǎn)方向扭轉(zhuǎn)一適當(dāng)?shù)慕嵌?或者沿軸向方向適當(dāng)?shù)貎A斜葉輪,都可以對氣流的分布有所改善,促進(jìn)氣流沿軸向的均一化分布,并有助于提高效率、降低噪聲。shigeruKADOTA等采用半導(dǎo)體型壓力傳感器的測量結(jié)果表明:葉片表面的壓力分布在軸向和周向分布也不均勻,葉片表面壓力在前盤附近變化比較大,而且經(jīng)過蝸舌時(shí)壓力也有較大的變化。
多翼葉輪的流道很短,通常直徑比D,D/:=0.8一0.95,葉片彎曲程度大,葉道中易形成氣流分離以及回流現(xiàn)象。葉輪內(nèi)部蝸舌附近的氣流一部分受蝸殼出口方向葉片的吸力作用要流向蝸舌上游而排出蝸殼,同時(shí)另一部分由于蝸舌下游葉片的做功而流向蝸殼內(nèi)部,因而位于葉輪內(nèi)部蝸舌上游區(qū)域,葉片進(jìn)口前緣存在明顯的進(jìn)口旋渦,而在靠近輪毅側(cè)的截面上,由于受輪毅壁面的影響,進(jìn)口旋渦基本上消失叫。氣流在靠近翼型前緣的葉片吸力面上產(chǎn)生邊界層分離,在后緣再重新附著在葉片表面上。與后盤附近以及蝸殼出口側(cè)的葉道相比,在前盤區(qū)域以及蝸殼內(nèi)側(cè)的葉輪進(jìn)口,氣流徑向流速較小,使得進(jìn)口氣流角偏小,邊界層分離現(xiàn)象因此較為嚴(yán)重。小流量時(shí)的邊界層分離也較大流量條件下明顯?；亓髦饕霈F(xiàn)在前盤附近的蝸舌下方以及蝸殼內(nèi)部的葉道中。由于多翼葉輪相對寬度大,在前盤附近氣流又以軸向流動(dòng)為主,再加上葉輪流道短,因此蝸殼中高壓區(qū)域的氣流往往穿過葉輪一直回到葉輪進(jìn)口,引起很大的損失。葉道中的氣流分離和回流是多翼離心風(fēng)機(jī)的一個(gè)主要流動(dòng)特征,與多翼風(fēng)機(jī)的低效率緊密相關(guān),Denger采用粒子跟蹤測量技術(shù)的內(nèi)流場測試結(jié)果以及ShigeurKADOTA采用火花追蹤法對汽車空調(diào)用多翼離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)流場測試結(jié)果都證明了這一點(diǎn)。周建華采用絲線法的測試結(jié)果則表明,在葉輪出口的吸力面上也會存在氣流脫流現(xiàn)象,引起風(fēng)機(jī)噪聲增大。Kind指出,如果葉輪的出口與進(jìn)口面積比過大,將導(dǎo)致氣流更加容易產(chǎn)生分離以及分布上的不均勻。呂偉領(lǐng)、席光等用粒子圖像速度場儀技術(shù)對葉片尾跡區(qū)及蝸殼出口橫截面上的二次流做了詳細(xì)的變工況測量與分析。結(jié)果表明:葉片尾跡區(qū)脈動(dòng)強(qiáng)度達(dá)2000/一70%;在設(shè)計(jì)工況附近葉片尾跡影響區(qū)域小,在非設(shè)計(jì)工況下葉片尾跡影響區(qū)域大,尾跡區(qū)域占到蝸殼徑向?qū)挾鹊??50一25%,約是葉片弦高的2一3倍。萬亞平等采用二維粘性數(shù)值模擬方法對某柜式空調(diào)用多翼離心風(fēng)機(jī)葉片寬度的四分之一徑向面進(jìn)行二維數(shù)值模擬,得出沿著渦殼型線的大約四分之三的葉片流道中氣流相對速度較小,均有二次渦存在,靠近出口的其余流道中氣流相對速度較大,沒有二次渦〔叫。伍曉芳、區(qū)穎達(dá)采用二維粘性數(shù)值模擬方法對三個(gè)不同參數(shù)的空調(diào)用多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,也得出相同的結(jié)論。Lin等研究表明,如果選擇更加適合風(fēng)機(jī)低速特征的NACA4412翼型,可以消除葉片吸力面上的氣流分離區(qū),而且葉輪進(jìn)出口流動(dòng)會更加均勻,提高葉輪進(jìn)行能量傳遞的效率。羅嘉陶等采用CFD手段對兩種采用不同葉片翼型CW一1和C一4的風(fēng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)模擬計(jì)算,研究了葉片翼型對風(fēng)機(jī)性能的影響。結(jié)果表明,和C一4翼型相比,采用CW一1翼型更有助于在葉輪的氣流主要流出區(qū)獲得更高的氣流速度,其翼型表面也更加符合氣流的流線型設(shè)計(jì),在前盤區(qū)域循環(huán)的流量較少,因此可以獲得更大的風(fēng)量和全壓。
在離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中,通常通過“滑移系數(shù)”來考慮風(fēng)機(jī)有限葉片數(shù)的影響。對前向多翼離心風(fēng)機(jī),口一「片曲率較大,葉道很短,對氣流導(dǎo)向能力變差,軸向渦流的影響增強(qiáng),其“滑移系數(shù)”通常采用半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,目前也有學(xué)者提出了新的估算公式。許嘩等通過用流線曲率法計(jì)算葉輪回轉(zhuǎn)面的理想流場,并采用零載荷“庫塔”條件對葉輪出口的流場進(jìn)行修正,確保葉輪出口處葉片的吸力面和壓力面上的速度近似相等,用中間流面平均流動(dòng)參數(shù)計(jì)算前向多翼風(fēng)機(jī)的滑移系數(shù);同時(shí)在B.CEK公式的基礎(chǔ)上,綜合考慮流量、全壓、轉(zhuǎn)速等氣動(dòng)參數(shù)對前向多翼離心風(fēng)機(jī)的滑移系數(shù)的影響,提出了以比轉(zhuǎn)數(shù)為修正因子的新估算公式。MontaZerin通過測定葉輪出口的速度來確定滑移系數(shù),并指出滑移系數(shù)不僅僅和葉輪有關(guān),不同的進(jìn)口結(jié)構(gòu)型式和蝸殼擴(kuò)散角同樣會影響葉輪出口的速度,因此滑移系數(shù)也隨之不同。
三、 蝸殼及其對內(nèi)流的影響
蝸殼內(nèi)部的最大壓力在軸向方向上沿圓周方向移動(dòng)并改變其分布位置和大小,在靠近后盤的截面上比靠近進(jìn)氣側(cè)的截面上最大壓力更靠近蝸殼出口。受葉輪出口氣流分布不均以及蝸殼流道不對稱的影響,蝸殼入口氣流沿軸向及周向分布不均。在周向,蝸舌附近靜壓高,速度小,其相反方向則靜壓低,速度大;蝸殼兩側(cè)蝸板附近存在二次流旋渦,其范圍隨周向角度不同而改變,在風(fēng)機(jī)出口處基本消失;蝸殼內(nèi)周向速度沿徑向基本按等環(huán)量規(guī)律分布。蝸舌部位的氣流分岔流動(dòng)較強(qiáng),紊流度較大。在蝸舌附近,氣流由于受蝸舌通道急劇縮小的影響,在蝸舌上游位于葉片出口的部分氣流又逆回葉輪進(jìn)口,在這個(gè)區(qū)域存在著一定程度的出口逆流,同時(shí)由于逆流的存在和受到蝸舌的影響,在蝸舌間隙存在明顯的間隙渦,該間隙渦的存在使蝸舌間隙的有效流動(dòng)通道進(jìn)一步減小,使通過渦舌間隙的氣流偏向蝸舌一邊,惡化了間隙的流動(dòng),成為重要的噪聲源。官武旗、呂偉領(lǐng)等用粒子圖像速度場儀技術(shù)對蝸舌附近速度矢量場做了詳細(xì)的變工況測量及分析。結(jié)果表明,蝸舌附近的主要流動(dòng)特征由沖向蝸舌的速度矢量方向及蝸舌周圍滯止區(qū)的影響范圍所決定。小流量時(shí),滯止區(qū)影響范圍主要在蝸舌間隙流道內(nèi),造成速度矢量向葉輪內(nèi)偏斜,蝸舌下游易形成分離旋渦而惡化;大流量時(shí),滯止區(qū)影響范圍偏向蝸殼出口流道,蝸舌間隙流動(dòng)較好t周。蝸殼寬度、擴(kuò)散角和中心角的影響是復(fù)雜的。寬度過小,氣流流速過大,摩擦損失增加,寬度過大,則擴(kuò)壓損失增加;擴(kuò)散角過小時(shí),邊界層分離現(xiàn)象嚴(yán)重,而且氣流與管壁相碰撞引起撞擊損失過大又會引起渦流損失并產(chǎn)生渦流噪聲;中心角較小時(shí),蝸舌與氣流撞擊,周圍流動(dòng)惡化;過大時(shí)部分氣體未經(jīng)擴(kuò)壓直接排出,能量損失增大。劉素勤等以能量損失最小為蝸殼寬度的確定原則定量地給出了蝸殼寬度、擴(kuò)散角及中心角的計(jì)算公式。YAMAzAKI等的研究表明軸向適當(dāng)?shù)貎A斜蝸殼,在大流量條件下可以提高效率L川。在傳統(tǒng)的蝸殼設(shè)計(jì)過程中都是假設(shè)蝸殼進(jìn)口流動(dòng)均勻一致,按照一維理論進(jìn)行,但是由于蝸殼結(jié)構(gòu)的不對稱,尤其是蝸舌的存在,而造成按照理論預(yù)測的氣流流動(dòng)與實(shí)際的分布并不相符?；谶@種情況,QIDT等提出了一種新的蝸殼設(shè)計(jì)方法,這種新的二維逆向設(shè)計(jì)方法按照葉輪出口氣流角的分布來修正蝸殼各截面的大小,因此可以適應(yīng)蝸殼進(jìn)口流動(dòng)參數(shù)分布上的不一致,從而促進(jìn)了葉輪出口速度的均勻化,可以很好地提高風(fēng)機(jī)性能,并且由于新設(shè)計(jì)的蝸殼內(nèi)部的橫截面積增大了,因此氣流速度減小,噪聲隨之降低。黃震伍、區(qū)穎達(dá)等針對影響空調(diào)器性能的多翼離心風(fēng)機(jī)的四種蝸殼型線進(jìn)行了試驗(yàn)和分析,四種蝸殼型線分別是對數(shù)螺旋線RH=RZeaH、阿基米德螺旋線RH=RZ(1+Ha)、等邊基法型線及不等邊基法型線,試驗(yàn)表明,空調(diào)器多翼離心風(fēng)機(jī)蝸殼的設(shè)計(jì)不能完全引用工業(yè)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外,在尺寸允許的范圍內(nèi),應(yīng)將蝸殼出口的張開度A值盡量取大。
四、 電機(jī)及其對內(nèi)流的影響
對空氣清新機(jī)來說,為了節(jié)省空間,一般采用內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)的形式。黃建德等用3種可伸縮套筒模擬內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn),利用5孔探針對葉輪出口流場進(jìn)行了測試,并分析了內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)引起風(fēng)機(jī)性能變化的原因。研究結(jié)果表明,內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)長度、外徑、頭部傾角設(shè)計(jì)不當(dāng)會引起葉輪內(nèi)部流動(dòng)損失增大、噪聲增大、風(fēng)機(jī)性能降低。內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)長度越長,對氣流的排擠率越大,葉輪進(jìn)口處的流道變窄,流入氣流的軸向速度增大,從而前盤處脫流區(qū)域變大,葉輪內(nèi)部損失增加;風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)隨內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)排擠率增大而減小;內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)頭部傾角較小時(shí),對氣流進(jìn)入葉輪起導(dǎo)流作用,頭部傾角較大時(shí),電動(dòng)機(jī)頭部下游產(chǎn)生脫流,加大損失。
五、各部件之間的匹配
風(fēng)機(jī)內(nèi)部各種渦流區(qū)域以及氣流分布不均勻的影響在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理以及葉輪和蝸殼不匹配時(shí)尤其明顯。因此,在選擇多翼離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí),由于給定的條件不同,往往不能局限于某些文獻(xiàn)所推薦的最佳值,而應(yīng)該根據(jù)具體的情況,考慮各參數(shù)間的相互影響,結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、懲罰函數(shù)法等各種優(yōu)化理論,或通過CFD手段對流場進(jìn)行數(shù)值模擬,根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,進(jìn)行參數(shù)之間的合理匹配以達(dá)到最優(yōu)的風(fēng)機(jī)性能。此外,多翼離心風(fēng)機(jī)在使用過程中,常常與各種不同的組合部件一起工作,如:通風(fēng)管道、換熱器等。因此,在設(shè)計(jì)過程中,不僅需要考慮風(fēng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)與性能,同時(shí)還必須考慮風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)彼此之間的協(xié)調(diào)性,否則,將會造成相當(dāng)大的損失。
六、 多翼離心風(fēng)機(jī)的噪聲研究
通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),產(chǎn)生的噪聲主要有空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械噪聲以及兩者相互作用產(chǎn)生的噪聲。王嘉冰、黃震伍采用逐步回歸分析對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,從葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)方面得出了影響柜式空調(diào)器中多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的因素有:流量系數(shù)、壓力系數(shù)、葉片進(jìn)出口安裝角、葉片數(shù)、輪毅比、葉輪外圓周速度;并給出了它們的擬合關(guān)系式,即回歸關(guān)系式?；貧w關(guān)系式表明風(fēng)機(jī)噪聲和各影響因子之間存在著復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系,因此在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時(shí),不能孤立地確定各種結(jié)構(gòu)參數(shù),而需要綜合考慮、優(yōu)化搭配。
魏文平采用平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)的方法,對影響空調(diào)器噪聲的主要特征參數(shù)之一的多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪的葉片數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得出多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪的葉片數(shù)對空調(diào)器室內(nèi)機(jī)組的噪聲沒有顯著影響。因而,在設(shè)計(jì)過程中,不應(yīng)通過改變?nèi)~輪的葉片數(shù)來降低空調(diào)器的噪聲。
KenMOR工NUSH工利用熱線探針測量了葉輪出口流場,考察了流場分布與噪聲之間的關(guān)系,得出多翼風(fēng)機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)噪聲源:一是離心葉輪后盤處的主流區(qū)域,由于流速較大,葉片負(fù)壓面氣流紊亂而產(chǎn)生的低、中周波噪聲;二是前盤附近氣流分離區(qū)域產(chǎn)生的中、高成分噪聲。流量增加時(shí),靠近蝸殼出口側(cè)的周向位置處流速增加,噪聲主要為低、中周波成分,此時(shí)前盤氣流分離區(qū)域的中、高成分噪聲相對減小。
陳花玲等對前向多翼離心風(fēng)機(jī)的主要噪聲成分的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究,得出以下結(jié)論:該類型風(fēng)機(jī)主要噪聲成分為集中于低、中頻段的渦流噪聲;噪聲譜中突出的諧波峰包噪聲是其所特有的渦流噪聲的分布形式,葉道中的紊流附面層及其脫離成分是產(chǎn)生這一噪聲成分的主要原因;渦流區(qū)相對寬度對旋轉(zhuǎn)噪聲的影響較大;因此,葉道氣流狀態(tài)是該類型風(fēng)機(jī)噪聲治理的重點(diǎn),可以通過整流或?qū)Я鞔胧﹣斫翟?比如:在葉輪進(jìn)口處加裝整流絲網(wǎng)、進(jìn)口導(dǎo)流吸聲錐(錐體表面穿孔,內(nèi)部填充吸聲材料),使用導(dǎo)流吸聲蝸舌(蝸舌表面穿孔,內(nèi)部填充吸聲材料)等。MasatOShiwATANABE等指出采用后向葉片的多翼送風(fēng)機(jī)的噪聲水平主要由相對速度決定,而且主要由葉輪的進(jìn)口相對速度決定,但在大流量條件下也不能忽視計(jì)于輪出口相對速度的影響,由此提出了由相對速度對送風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行預(yù)測的解析式。
葉輪出口氣流存在“射流一尾跡”流動(dòng)模式。SnadrVaela、deZSuareZ等根據(jù)在葉片出口的徑向位置測量的速度以及壓力場,對氣流在葉輪出口形成的“射流一尾跡”區(qū)域進(jìn)行了計(jì)算,并對風(fēng)機(jī)的噪聲進(jìn)行了頻譜分析,得出以下結(jié)論:聲功率級在葉輪的旋轉(zhuǎn)頻率以及五倍頻程處較大,小流量時(shí)更加明顯;葉輪出口形成的“射流一尾跡”流與蝸舌部位相互作用引起的噪聲聲功率級在大流量下會有較大的增長。
蔡建程等對前向多翼離心通風(fēng)機(jī)的輻射噪聲進(jìn)行了近場測量,試驗(yàn)結(jié)果表明:主要噪聲頻率在250一400OHZ之間,其中旋轉(zhuǎn)噪聲起重要作用,主要沿蝸殼出口向外傳播;另外還存在不容忽視的蝸殼引起的聲腔共鳴噪聲,在一定條件下其聲壓級有可能超過旋轉(zhuǎn)噪聲;,同時(shí)通過風(fēng)機(jī)進(jìn)口和蝸殼出口向外傳播,這應(yīng)該引起重視〔州。蝸舌處氣流引起的噪聲與蝸舌半徑以及蝸舌和葉輪間的間距有關(guān)。林世揚(yáng)等建議蝸舌和葉輪間的距離t/D,在0.077~0.094間取值,蝸殼擴(kuò)張角與氣流角一致時(shí),噪聲低,效率高仁。秦國良、聞蘇平、李景銀等對分別采用傾斜蝸舌和直蝸舌蝸殼的一臺多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲和性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得出采用傾斜蝸舌時(shí),由于改變了從前盤到后盤之間的蝸舌間隙和蝸舌半徑以及葉輪和蝸舌非定常相互作用的相位差,使其產(chǎn)生的噪聲也存在相位差,從而降低多翼離心風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)噪聲,也會使總體噪聲下降,并且提出傾斜蝸舌使全壓系數(shù)稍有降低,建議采用空間扭曲形傾斜蝸舌,而蝸舌間隙保持不變。合理的氣動(dòng)設(shè)計(jì)是降低噪聲的最根本的方法,也可以通過在蝸殼內(nèi)部設(shè)置消音結(jié)構(gòu)、使用消音材質(zhì)的途徑來實(shí)現(xiàn)。
第三節(jié) 空氣凈化器凈化技術(shù)種類
主流的空氣凈化的技術(shù)約有以下幾種：
電集塵式空氣凈化、過濾式空氣凈化、負(fù)離臭氧、UV燈、活性炭、光觸媒。
一、 電集塵式
概括而言，電除塵是利用強(qiáng)電場使氣體發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電在電場力的作用下，使氣體中的懸浮粒子分離出來的裝置。這種裝置有許多不同的型式，但最基本的組成部分都是一對電極（高電位的放電電極和接地的收塵電極），有一段式和二段式之分，如圖1、2。除塵過程大致就是這樣一過程，兩電極間加一電壓。一對電極的電位差必須大得使放電極周圍產(chǎn)生電暈（常常加直流），高電壓使含塵氣體通過這對電極之間時(shí)，形成氣體離子（正離子、負(fù)離子）這些負(fù)離子迅速向集塵極運(yùn)動(dòng)，并且由于同粒子相撞而把電荷轉(zhuǎn)移給它們粉塵荷電，然后與粒子上的電荷互相作用的電場就使它們向收塵電極漂移，并沉積在集塵電極上，形成灰塵層。當(dāng)集塵電極表面粉塵沉集到一定厚度后，用機(jī)械振打（工業(yè)）或沖洗（家用）等方式將沉集的粉塵層清除掉。用電除塵的方法分離氣體中的懸浮離子，需四個(gè)步驟：氣體電離；粉塵荷電；粉塵沉集；清灰。
二、 過濾式
按照過濾效率大概可分為粗效、中效、高中效、亞高效（Sub-HEPA)、高效(HEPA)五個(gè)過濾等級。
HEPA（High Efficiency Particulate Air）過濾網(wǎng)的定義：
在133.25px/s的風(fēng)速下，對0.3μm粒徑的微粒過濾效率在99.97%以上的過濾器。主要去除空氣中的懸浮顆粒物；通常為多層褶皺設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，目的是擴(kuò)大表面積，增加對懸浮于空氣中污染物微粒的捕捉效能。
HEPA的材質(zhì)主要有玻璃纖維和熔噴紙等。玻纖價(jià)格低，效率高、壓力損失大，且玻纖在使用過程中會發(fā)生纖維的斷裂，損傷人體。熔噴紙種類很多，相對來講，熔噴紙價(jià)格高，效率低、壓力損失小。
過濾器的技術(shù)參數(shù)：
1、過濾材料：好的過濾材料既有效地?cái)r截塵埃粒子，又不對氣流形成過大的阻力，也就是高效低阻。
2、效率：過濾器捕集粉塵的量與未過濾空氣中的粉塵量之比為“過濾效率”。測試條件：在133.25px/s的風(fēng)速下，對0.3μm粒徑的微粒。公司常用濾材效率：true HEPA 99.97%；HEPA type? 90%、95%、97%、99%；
3、阻力：在133.25px/s的風(fēng)速下，風(fēng)經(jīng)過濾材的壓力損失。過濾器阻力隨氣流量增加而提高，通過增大過濾材料面積，可以降低穿過濾料的相對風(fēng)速，減小過濾器阻力。
4、動(dòng)態(tài)性能：被捕捉的粉塵對氣流產(chǎn)生附加阻力，于是，使用中過濾器的阻力逐漸增加。被捕捉到的粉塵形成新的障礙物，于是，過濾效率略有改善。被捕捉的粉塵大都聚集在過濾材料的迎風(fēng)面上。濾料面積越大，能容納的粉塵（容塵量）越多，過濾器壽命越長。
5、使用壽命：濾料上積塵越多，阻力越大。當(dāng)阻力大到設(shè)計(jì)所不允許的程度時(shí)，過濾器的壽命就結(jié)束。有時(shí)，過大的阻力會使過濾器上已捕捉到的灰塵飛散，出現(xiàn)這種二次污染時(shí)，過濾器也該報(bào)廢。通常定義為CADR減小一半時(shí)，過濾器壽命結(jié)束。而且對于家用的凈化器，通常是用時(shí)間來確定是否該更換過濾器的。
v6、靜電：若過濾材料帶靜電或粉塵帶靜電，過濾效果可以明顯改善。因靜電使粉塵改變運(yùn)動(dòng)軌跡并撞向障礙物，靜電力參與粘住的工作。
三、負(fù)離子
負(fù)離子是通過負(fù)離子發(fā)生器中的電子脈沖振蕩電路將低電壓升至直流負(fù)高壓，利用針尖或碳刷尖端直流高壓產(chǎn)生高電暈，高速地放出大量的負(fù)電荷（e-），而負(fù)電荷無法長久存在于空氣中，并立刻會被空氣中的氧分子（O2）捕捉，形成負(fù)離子。負(fù)離子與空氣中帶正電的灰塵結(jié)合，然后沉淀到地板或其他表面上，起到清新空氣的作用。
負(fù)離子的主要作用：
1、制造活性氧：負(fù)氧離子能有效激活空氣中的氧分子，使其更加活躍而更易被人體所吸收。
2、改善肺功能：人體吸入攜氧負(fù)離子后，肺可增加吸收氧氣20%，而多排出15%的二氧化碳。
3、促進(jìn)新陳代謝：激活肌體多種酶，促進(jìn)新陳代謝。
4、增強(qiáng)抗病能力：可改變肌體反應(yīng)能力，活躍網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的機(jī)能，增強(qiáng)肌體免疫力。
5、改善睡眠：經(jīng)負(fù)氧離子作用，可使人精神振奮，工作效率提高，還可改善睡眠，有明顯的鎮(zhèn)痛作用。
6、殺菌功能：負(fù)離子發(fā)生器在產(chǎn)生大量負(fù)離子的同時(shí)會產(chǎn)生微量臭氧，可滅菌。
7、清新空氣、消煙除塵：帶負(fù)電荷的負(fù)離子與漂浮在空氣中帶正電荷的煙霧粉塵進(jìn)行電極中和，使其自然沉積。
8、保護(hù)作用：中和電視、電腦的高壓靜電，在其前面形成一層負(fù)離子保護(hù)層有效減少電視、電腦產(chǎn)生的高壓靜電對眼睛的傷害，有效預(yù)防近視，同時(shí)減少灰塵對電視、電腦的損害。
特別說明：大自然中的負(fù)離子和電子產(chǎn)生的負(fù)離子不同，電子產(chǎn)生的負(fù)離子作用還待研究。
四、 臭氧
活性氧（俗稱“臭氧”O(jiān)3）是一種有特殊腥味、略顯藍(lán)色的不穩(wěn)定氣體，比重比空氣大（0oC時(shí)2.144g/L），化學(xué)式O3，比氧分子多了一個(gè)活潑的氧原子，因而決定了它具有較強(qiáng)的殺菌能力及其他功能。所以人們稱之為活性氧。
臭氧的特點(diǎn):
自然條件下，它是淡藍(lán)色的氣體；
它有一種類似雷電后的腥臭味；
在標(biāo)準(zhǔn)壓力和常溫下，它在水中的溶解度是氧氣的13倍；
臭氧比空氣重，是空氣的1.658倍；
臭氧有很強(qiáng)的氧化力，是已知最強(qiáng)的氧化劑之一；
正常情況下，臭氧極不穩(wěn)定，容易分解成氧氣；
臭氧分子是逆磁性的，易結(jié)合一個(gè)電子成為負(fù)離子分子；
臭氧在空氣中的半衰期一般為20-50分鐘，隨溫度與濕度的增高而加快；
臭氧在水中半衰期約為35分鐘隨水質(zhì)與水溫的不同而異；
臭氧在冰中極為穩(wěn)定，其半衰期為2000年。
臭氧的作用:
食物凈化：由表及里的降解果蔬、糧食中殘留的化肥、農(nóng)藥等有毒物質(zhì)，清除肉、蛋中的抗生素、化學(xué)添加劑、激素等有害物質(zhì)
飲用水凈化：自來水經(jīng)臭氧處理后是一種優(yōu)質(zhì)的生飲水。每升水只需通入O3 2分鐘即可去除水中的余氯，殺菌、消毒、去味、去除重金屬，防止致癌物質(zhì)三氯甲烷的生成，增加水中含氧量，自制理想純凈的飲用水。
消毒殺菌─臭氧的殺菌力為氯的600-3000倍，僅次于氟。細(xì)菌以蛋白質(zhì)、RNA、DNA為主要成分，由多糖類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等構(gòu)成。病毒則是由蛋白質(zhì)、RNA、DNA所構(gòu)成。要使細(xì)菌或病毒死亡以及不活性化，必須損傷其成分或加以破壞、分解。臭氧能滲透到細(xì)菌或病毒中，使其變成酵素。而RNA、溶霉菌等物質(zhì)會被分解，DNA則于受損后被擊潰。
空氣凈化：將臭氧排放到室內(nèi)，即可有效去除室內(nèi)煙塵或裝飾材料的異味，降塵滅菌，增加空氣含氧量，清新空氣。
果蔬保鮮、防霉：家庭果蔬保鮮只需往袋裝果蔬中通入O3 2分鐘，可延長保鮮期7天，也可用于菜窖防霉、果蔬運(yùn)輸。
洗浴、美容、保?。航?jīng)常洗臭氧浴能排除體內(nèi)毒素，活化表皮細(xì)胞，消除痤瘡，美白皮膚；臭氧也能治療某些皮膚病、消除口臭、促進(jìn)傷口愈合等
養(yǎng)魚、澆花：澆花、大棚蔬菜的噴灌，能避免蟲害，減少農(nóng)藥使用量。養(yǎng)魚、水產(chǎn)養(yǎng)殖，O3進(jìn)入水中釋放出初生態(tài)氧，消滅細(xì)菌、病毒，氧化雜質(zhì)，防止水質(zhì)腐壞變質(zhì)，增加水中養(yǎng)份。
除臭：因臭氧有很強(qiáng)的氧化分解能力，可迅速而徹底的消除空氣中、水中的各種異味。
臭氧的危害：
1、 它強(qiáng)烈刺激人的呼吸道，造成咽喉腫痛、胸悶咳嗽、引發(fā)支氣管炎和肺氣腫；
2、臭氧會造成人的神經(jīng)中毒，頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退；
3、臭氧會對人體皮膚中的維生素E起到破壞作用，致使人的皮膚起皺、出現(xiàn)黑斑；
4、臭氧還會破壞人體的免疫機(jī)能，誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體病變，加速衰老，致使孕婦生畸形兒；
5、而復(fù)印機(jī)墨粉發(fā)熱產(chǎn)生的臭氧及有機(jī)廢氣更是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，它會引發(fā)各類癌癥和心血管疾病。
臭氧濃度標(biāo)準(zhǔn)：家庭室內(nèi)允許的臭氧濃度<0.05ppm。
臭氧發(fā)生器的種類：按臭氧產(chǎn)生的方式劃分，主要有三種：
一是高壓放電式，
二是紫外線照射式，
三是電解式。
高壓放電式發(fā)生器：是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，使電場內(nèi)或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而制造臭氧。這種臭氧發(fā)生器具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、使用壽命長、臭氧產(chǎn)量大（單機(jī)可達(dá)1Kg/h）等優(yōu)點(diǎn)，所以是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)使用最廣泛的臭氧發(fā)生器。
紫外線式臭氧發(fā)生器：是使用特定波長(185mm)的紫外線照射氧分子，使氧分子分解而產(chǎn)生臭氧。由于紫外線燈管體積大、臭氧產(chǎn)量低、使用壽命短，所以這種發(fā)生器使用范圍較窄，常見于消毒碗柜上使用。
電解式發(fā)生器：通常是通過電解純凈水而產(chǎn)生臭氧。這種發(fā)生器能制取高濃度的臭氧水，制造成本低，使用和維修簡單。但由于臭氧產(chǎn)量無法做大、電極使用壽命短、臭氧不容易收集等方面的缺點(diǎn)，其用途范圍受到限制。目前這種發(fā)生器只是在一些特定的小型設(shè)備上或某些特定場所內(nèi)使用，不具備取代高壓放電式發(fā)生器的條件。
UV（Ultraviolet Rays）即紫外光線，紫外線（UV）是肉眼看不見的，是可見紫色光以外的一段電磁輻射，波長在通常按其性質(zhì)的不同又細(xì)分為以下幾段：A真空紫外線（Vacuum UV）,波長為10—200nmB短波紫外線（UV—C），波長為200—290 nmC中波紫外線（UV—B），波長為290—320 nmD長波紫外線（UV—A），波長為320—400 nmE可見光（Visible light）,波長為400—760 nm，其中真正具有殺菌作用的是C波紫外線，尤以波長254nm左右的紫外線最佳。紫外燈空氣凈化器是在機(jī)器內(nèi)使用一種特殊的燈泡，它產(chǎn)生出波長為254NM的C波段紫外線，能夠通過破壞生物有機(jī)體的DNA，有效地殺滅通過的空氣中的細(xì)菌，病毒等有害物質(zhì)。紫外線的殺菌效果與其照射強(qiáng)度和總的照射量有關(guān)，一般可達(dá)殺滅率≥99%。UVC短時(shí)間照射即可灼傷皮膚，長期或高強(qiáng)度照射還會造成皮膚癌。UVA可以直達(dá)肌膚的真皮層，破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，將我們的皮膚曬黑。360nm波長的UVA紫外線符合昆蟲類的趨光性反應(yīng)曲線，可制作誘蟲燈。300-420nm波長的UVA紫外線可透過完全截止可見光的特殊著色玻璃燈管，僅輻射出以365nm為中心的近紫外光，可用于礦石鑒定、舞臺裝飾、驗(yàn)鈔等場所。UV燈有冷陰極和熱陰極之分，熱陰極比冷陰極的管徑要大，但其壽命和殺菌效果更好。
五、活性炭
活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，其中絕大部分微孔的孔徑在5μm～500μm之間，單位材料中微孔的總內(nèi)表面積可高達(dá)700～2300m2/g，也就是說，在一個(gè)米粒大小的活性炭顆粒中，微孔的內(nèi)表面積相當(dāng)于一個(gè)大客廳內(nèi)墻面的大小。
活性炭的吸附除了有物理吸附還有化學(xué)吸附。物理吸附主要靠的是范德瓦爾斯力?；瘜W(xué)吸附主要是靠材料上的化學(xué)成分與污染物起反應(yīng)，生成固體成分或無害的氣體。也可對活性炭進(jìn)行一些化學(xué)處理，如添加一些催化劑，可以幫助分解有害氣體，如甲醛、VOC等。
使用過程中，吸附能力會不斷減弱，當(dāng)減弱到某一程度，過濾器報(bào)廢。凈化空氣用的活性炭的微孔直徑，必須是略大于有毒有害氣體分子直徑，才具備對有毒有害氣體的吸附能力。影響空氣凈化活性炭使用壽命的關(guān)鍵因素：使用環(huán)境中有害物質(zhì)的總量大小以及脫附的頻率。由于活性炭吸附有害氣體的質(zhì)量可以接近甚至達(dá)到其本身的質(zhì)量，而在普通家庭空間空氣中，有害氣體的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于活性炭的使用量。因此，只要經(jīng)常將活性炭放置在太陽下爆曬，活性炭就可以長期使用。當(dāng)然，灰塵堵塞活性炭微孔后也會導(dǎo)致降低它的吸附能力。
吸附性能
附容量。單位活性炭所能吸附污染物的最大量稱吸附容量。不同材料的吸附容量會不同；同一材料對不同氣體的吸附容量會不同；溫度、背景濃度改變，吸附容量也會變化。
滯留時(shí)間?？諝庠诨钚蕴繉又卸毫舻臅r(shí)間稱滯留時(shí)間。滯留時(shí)間越長，吸附越充分。為保持足夠的滯留時(shí)間，炭層要足夠厚，過濾風(fēng)速要盡可能低。
使用壽命。新的活性炭吸附效率高，使用中效率不斷衰減，當(dāng)過濾器下游有害氣體接近允許的濃度極限時(shí)，過濾器報(bào)廢。報(bào)廢前的使用時(shí)間就是使用壽命，也稱有效防護(hù)時(shí)間。
選擇性。一般說來，在物理吸附中易被吸附的有：分子量大的氣體、沸點(diǎn)高的氣體、揮發(fā)性有機(jī)氣體。若活性炭經(jīng)化學(xué)浸漬，還可以清除平時(shí)難以對付的氣體，或突出對某類氣體的吸附能力。
六、 光觸媒
光觸媒（也是一種化學(xué)過濾器）：[Photocatalyst]是光[Photo=Light] +觸媒(催化劑)[catalyst]的合成詞，它是一種光催化劑。催化劑是用于降低化學(xué)反應(yīng)所需的能量，促使化學(xué)反應(yīng)加快速度，但其本身卻不因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生變化的物質(zhì)。光觸媒顧名思義即是以光的能量來作為化學(xué)反應(yīng)能量來源，利用二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎?，利用特定波長光源（主要是UVA紫外線或自然光和燈光）的能量來產(chǎn)生觸媒的作用，將周圍氧氣及水分子激發(fā)成極具活性的.OH-及O2-自由離子基，這些氧化力極強(qiáng)的自由基幾乎可分解所有對人體或環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部分無機(jī)物質(zhì)。
光觸媒的主要功效：
空氣凈化：可將空氣中的有機(jī)有害氣體(甲醛，苯，甲苯、二甲苯，TVOC等)和部分無機(jī)有害物分解成為二氧化碳和水，并隨空氣流動(dòng)消失，從而達(dá)到凈化空氣效果。
抗菌防霉：該產(chǎn)品對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯氏菌等具有極強(qiáng)的殺傷力(99．99％)；
抗污除臭：光觸媒可將油污和有機(jī)污染物分解，并不易被污染，且還具有吸附和分解被治理的臭味(生物臭、煙臭、垃圾臭、生活臭等)。
特點(diǎn)：光觸媒作為催化劑本身并不直接參與氧化還原反應(yīng)，而只是改變發(fā)生所需條件，所以自身的能力并不隨時(shí)間而被消耗和衰減，在理論上，只要不刻意劃掉或涂蓋，光觸媒能長久有效。光觸媒主要以海綿和蜂窩鋁為載體，可噴涂在其表面。
第四節(jié) 研究意義
空氣凈化器則可以幫助人們提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，本文所研究的紫外光空氣凈化器，可以捕捉的污染源系列非常廣泛，包括細(xì)菌、真菌甚至病毒。機(jī)器內(nèi)的微風(fēng)扇（又稱通風(fēng)機(jī)）使室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，污染的空氣通過機(jī)內(nèi)的空氣過濾器（兩次過濾）后將各種污染物清除或吸附，然后經(jīng)過裝在出風(fēng)口的紫外線光燈管（工作時(shí)產(chǎn)生殺菌紫外線），達(dá)到清潔、凈化空氣的目的。
空氣凈化器不僅應(yīng)用與辦公、住家等室內(nèi)凈化，更頻繁應(yīng)用于醫(yī)院這樣的醫(yī)療機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境中，空氣凈化器通過靜電吸附、紫外線燈管加以過濾系統(tǒng)，不僅可以過濾和吸附空氣中帶菌的塵埃，也可吸附微生物。據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，消毒后的細(xì)菌數(shù)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，而且可以進(jìn)行連續(xù)空氣消毒，醫(yī)院工作人員進(jìn)入無菌工作間后，其空氣中細(xì)菌數(shù)無明顯回升，細(xì)菌數(shù)均低于國家規(guī)定的無菌間消毒標(biāo)準(zhǔn)。由于空氣凈化器消毒對人體無毒害作用，對環(huán)境條件也無特殊要求，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的人機(jī)共存。
第2章 多翼離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)
多翼離心風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、蝸殼組成,如圖2-1所示。進(jìn)風(fēng)口引導(dǎo)氣流順暢地進(jìn)入葉輪;葉輪對氣體做功;蝸殼將葉輪出口的氣流引導(dǎo)至出風(fēng)口。本章主要對多翼離心風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析,指出多翼離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中不確定性因素太多是開發(fā)性能優(yōu)良風(fēng)機(jī)比較困難的原因所在。
圖2-1 多翼離心風(fēng)機(jī)示意圖
在離心風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中,葉輪對氣體做功,其能量傳遞的大小由歐拉動(dòng)量矩方程確定。由于歐拉動(dòng)量矩方程是在理想流體的一元流動(dòng)情況下得出的,所以為了應(yīng)用于葉輪計(jì)算,故作了如下一些假設(shè):
a.葉輪的葉片數(shù)為無限多,其厚度為無限薄。則葉片通道可視作為微小流束,其中的氣流流動(dòng)可視.為一元流,流動(dòng)形狀與葉片通道完全一致。且認(rèn)為圓周各點(diǎn)的速度相同,即氣流是軸對稱的。
b.通風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒有能量損失,即廿卜輪所具有的機(jī)械能全部傳給了氣體。
c.氣流是穩(wěn)定的流動(dòng),不隨時(shí)間的變化而變。
d.對通風(fēng)機(jī)而言,不考慮氣體的可壓縮性。
第一節(jié) 葉輪的設(shè)計(jì)方法
一、 比轉(zhuǎn)速的計(jì)算
多翼離心風(fēng)機(jī)給
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