油烟机排气罩性能及其改进技术综述

工业生产中油烟机的局部排气通风系统是控制污染物扩散、保障室内空气质量的关鍵设施。本文通过对2018年至2025年间发表的86篇研究论文进行系统性分析，全面回顾了排气罩的性能评估指标、影响因素、改进技术以及排气量确定方法。

性能评估指标

排气罩的性能评估主要基于四个核心指标：

捕集速度（Capture Velocity）：是指在关键点上必须超过污染物逃逸速度的数值，通常采用中心线速度分布定律进行计算。这个指标直接决定了排气罩能否有效控制污染物的扩散范围。

捕集效率（Capture Efficiency）：计算公式为η = Se/S0 = 1 - Sesp/S0，其中η代表捕集效率，Se是被罩体捕集的质量流量，S0是总污染物排放率，Sesp是逃逸的污染物率。这个效率指标反映了排气罩在实际运行中的性能表现。

流量比（Flow Ratio）：在高捕集效率条件下，排气率与污染物排放流量的比值，表示为Qe = (1 + KL) × Q0，其中KL为极限流量比。这个参数对于确定排气系统规格具有重要意义。

能耗（Energy Consumption）：基于风量和压力损失计算的风机能耗，通常作为次要性能评估指标。在当前节能减排的大背景下，能耗评估越来越受到重视。

排气罩类型与规格

根据几何形状和尺寸比例，排气罩可分为三大类：

矩形排气罩：长宽比小于5:1，对于这类排气罩，学术界已经建立了多种速度计算模型。Dalla Valle和Hatch（1932）提出的速度特性理论，以及Silverman（1942）的中心线速度研究，为矩形排气罩的设计提供了重要的理论基础。

槽形排气罩：长宽比大于5:1，需要专门的速度分布方程。这类排气罩在某些特定工业应用中具有独特的优势，特别是在需要大面积覆盖的场合。

圆形排气罩：具有轴对称流动模式，Dalla Valle公式被广泛采用。圆形排气罩的设计相对简单，但在实际应用中需要考虑更多的流动特性参数。

法兰式与平面式对比：研究表明，法兰式排气罩在相同距离和尺寸条件下，能够达到平面式排气罩4/3的捕集速度，这意味着法兰设计可以显著提升排气罩的整体性能。

改进技术

排气罩性能的改进技术主要分为结构增强和主动气流增强两大类：

结构增强技术

气体导引装置（Gas Guide Devices, GGD）：通过优化GGD的形状设计，可以使吸气速度提升5%。这种技术通过改变罩体周围的流场分布，显著改善了污染物的捕集效果。

旋转圆盘：采用翅片旋转环形圆盘时，性能提升可达到2.5倍。这种机械式增强方法通过主动扰动流场，实现了污染物的高效捕集。

主动气流增强技术

径向射流（Momentum Flow）：这种方法中，动量流比I、操作参数G、射流槽宽度bj是关键的参数。通过精确控制这些参数，可以实现气流的定向增强。

推拉式系统（Push-Pull Systems）：这种系统能够节省50%的风量，同时捕集效率可提升25-80%。推拉式设计通过正向送风和负向排风的协调配合，显著改善了排气效果。

气幕（Air Curtains）：分为下吹和上吹两种配置，能够有效扩展临界距离。气幕技术通过建立气墙屏障，阻止污染物向操作区域扩散。

涡流流动（Vortex Flow）：人工涡流排气装置（AVED）能够在排气量减半的情况下，将控制距离扩大一倍。这种被动式流场控制技术通过产生稳定的涡流结构，实现了高效的空间覆盖。

技术创新与能效优化

在当前节能减排的大背景下，排气罩技术的创新主要集中在能效提升方面：

成本效益分析：推拉式通风系统相比单独的侧向排气罩，能够节省高达50%的风量。气声增强技术能够实现1.6倍的性能提升。

节能潜力：采用DSPGEH型排气罩相比普通推拉式系统，能够节省16.5%的能耗。更重要的是，通过流量比法优化，能够实现高达75.8%的节能潜力。

影响因素分析

排气罩性能受多种因素影响：

距离效应：当排气罩与污染源距离从40mm增加到140mm时，捕集效率会下降15-25%。这表明合理的安装距离对于保证系统性能至关重要。

交叉气流影响：当交叉气流速度从0.15m/s增加到0.18m/s时，捕集效率会从90%下降到60%。在有交叉气流的复杂环境中，需要采用更强大的排风系统。

温度效应：污染源温差180℃时，捕集效率差异可达15-19%。热羽流的特性会显著影响排气罩的性能表现。

结论与展望

排气罩技术的未来发展趋势将主要集中在智能化控制、节能优化和精准设计三个方向。随着计算机流体力学（CFD）技术的不断发展，数值模拟方法将越来越成为排气罩设计优化的重要工具。同时，物联网技术的应用也将推动排气罩系统向智能化方向发展。

通过本次文献综述，我们可以看出，排气罩技术虽然已经相对成熟，但在能效提升和智能化控制方面仍有巨大的发展空间。未来研究应该更加关注系统的综合优化，包括性能、能耗和智能化控制的平衡发展。