基于實驗探究法的新式油煙機設(shè)計研究

林思明 黃紅梅 王順天 王沚 黃超 吳泰森

【摘要】：隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的使用要求越來越高，對產(chǎn)品的使用要求也從最基礎(chǔ)的能用上升到來舒適、美觀、效率高等，目前人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫挠蜔煓C存在在碰頭、吸煙效果差、噪聲大等一系列問題，為了能夠增加人們在使用家用油煙機時的用戶體驗，本研究將提出一種基于實驗探究法的新式油煙機設(shè)計研究。本研究將通過市場調(diào)研、用戶體驗、模型制造等方法進行測試和驗證，從而得到最終模型。

【關(guān)鍵詞】：油煙機;實驗探究法;碰頭;吸煙效果

一、探究背景

為了更好的滿足人們對于烹飪時煙量的吸收，對油煙機吸煙效率的要求也越來越高，針對于碰頭和吸煙效率問題，本研究提出了一種基于試驗探究法的新式油煙機的設(shè)計方案，將使用可視化的數(shù)值模擬軟件和試驗探究方法的結(jié)合進行對新式油煙機的性能進行論證，從而使本設(shè)計方案更具嚴(yán)謹(jǐn)性。

二、實驗探究法

實驗探究法最早應(yīng)用于自然科學(xué)領(lǐng)域，正是對實驗探究法的采用，才使得自然科學(xué)的飛速發(fā)展。實驗探究法是一種受控的研究方法，是通過一個或多個變量的變化來評估它其他變量產(chǎn)生的效應(yīng)，實驗探究的主要目的是通過實驗操作來進行檢驗，實驗探究法設(shè)計的概念主要有：變量、前側(cè)和后側(cè)、配對和隨機化，在實驗探究法中最為核心的方法是控制變量法。

三、設(shè)計過程

1、用戶分析

油煙機是人們生活中必不可少的家用電器之一，基本每天都要使用到油煙機。對目前市面上的油煙機進行調(diào)研，可總結(jié)出現(xiàn)有油煙機的以下特點為：（1）、款式：目前市面上油煙機款式分為四種，分別是中式、歐式、側(cè)吸式、頂側(cè)雙吸式;（2）、改良方向：各品牌代表研發(fā)方向集中在在吸力和吸煙模式、可清潔性、控制交互方式等，以打造品牌亮點;（3）、外觀：國內(nèi)市場吸油煙機銷售機型款式豐富性較為缺乏。為了能夠更加準(zhǔn)確和全面的了解用戶的評價和使用體驗，我們使用問卷調(diào)查的方法進行分析，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)油煙機存在有以下缺點：1、體積大、占空間;2、易碰頭、造成烹飪緊迫心理;3、造型單一、有必要突破傳統(tǒng)造型;4、用戶需求對吸油煙機發(fā)展需求;5、體積小、占用空間小、性能高。

2、模型建立與測試

2.1 產(chǎn)品概念雛形與模型搭建

本研究針對合作企業(yè)提出的設(shè)計概念原型，通過模型測試和流場分析進行模型改進，為了突破傳統(tǒng)油煙機的外觀，我們將油煙機的外觀設(shè)置為錐型，并且以四周吸油煙的形式進行油煙的吸收。為了解決油煙機碰頭和吸力問題，增強用戶的使用體驗，從而確定新式概念油煙機，其中改新式概念油煙機主要有以下特點：（1）、造型為錐型，避免碰頭，減少使用空間;（2）、進氣口味四周進氣。為了更好的測試，將對概念油煙機進行搭建。

2.2模型測試

在模型測試時主要利用控制變量法對油煙機不同位置的進風(fēng)口對吸力的影響進行測試，主要擬四周進氣模式，即上層進煙、下層進煙與兩側(cè)進煙，以出風(fēng)位置為影響因素展開分組測試，探究四周進氣模式的可用性，在測試中錐形原型機模型放置于正常吸油煙機安裝高度，煙餅放置于正常灶臺高度，且錐形原型機模型與煙餅水平距離為40cm，垂直距離為50cm，以達(dá)到模擬發(fā)煙的效果，如圖1所示。

圖1 封閉不同進風(fēng)口的吸煙實驗

通過測試，我們得到第一組錐形原型機平均出風(fēng)量達(dá)13.58m3/min，第二組上層封口時，部分油煙無法很好被吸凈，出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象，而第三組平均出風(fēng)量相比原型機降至12.37 m3/min，第四組測試結(jié)果與第一組測試結(jié)果相差不大的結(jié)果。

2.3、流場分析

為了能夠更加全面的了解油煙機工作時的吸煙狀態(tài)，我們將使用ANSYS Fluent流體計算平臺模擬計算油煙機的工作環(huán)境和計算油煙的流動狀態(tài)。

本測試以原型機為主要對象，對原型機進行四組溫度變化測試，通過溫度云圖分析原型機的溫度流場特征，其中測試時灶頭流出的氣體溫度為330K，周圍空氣溫度為280K，灶頭氣流初始速度分別為0.5m/s、1m/s 、1.5m/s、2.0m/s，油煙機轉(zhuǎn)速設(shè)置為125.7rad/s，測試得到的結(jié)果為當(dāng)氣流初始速度為0.5 m/s時，原型機下層開口為主要進煙口，而當(dāng)氣流初始速度逐漸升高至2.0m/s時，出現(xiàn)部分油煙逃逸的現(xiàn)象。

2.4、總結(jié)

結(jié)合實驗測試與數(shù)值模擬結(jié)果，可初步得出以下結(jié)論：

（1）錐形原型機的進煙口初始方案，即上層開口，下層開口和兩側(cè)開口，無法很好達(dá)到良好的吸煙效果;

（2）保留下層進煙口，對錐形原型機進行進煙口改良設(shè)計，以實現(xiàn)更優(yōu)良吸煙效果。

四、最終方案輸出

結(jié)合實驗分析和數(shù)值模擬結(jié)果，對錐形原型機進行在設(shè)計，從而得到最終模型，最終模型主要保留了上、下進風(fēng)口，舍棄了兩側(cè)的進風(fēng)口，并且在頂部增加了攏煙板，如圖2所示。

五、結(jié)論

該款油煙機在造型上打破了傳統(tǒng)油煙機的固定外型，相對于市面上的油煙機，這款油煙機不僅吸力效果更好，而且解決了碰頭的問題，并且節(jié)省了油煙機的占有空間，在視覺上給人的感覺更加美觀。與新式油煙機的設(shè)計研究為實例，將實驗探究法應(yīng)用于設(shè)計中，將使產(chǎn)品的性能更好的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 528200