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清掃車氣力輸送系統設計與吸嘴流場仿真

時間:2017-08-03 10:26:01
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近年來,經濟發展迅速,城市化進程加快,給城市環衛工作帶來了壓力。而人們的環保意識逐步加強,對環境質量的要求越來越高。同時,我國公路總里程逐年增加,高速公路總里程也升至世界第一。機械化,現代化的道路清掃方式成為道路養護必然的發展趨勢。政府對環衛工作越來越重視,投入不斷增大。道路清掃車憑借其清掃效果好,清掃成本低等優勢,成為了道路環衛的主要工具,得到了廣泛應用。因此,清掃車市場十分廣闊,技術水平也快速發展。本文首先研究了空氣的物理性質、流動規律以及塵粒的物理性質和一些參數。塵粒在氣流中主要受到的力有:氣流阻力、上升力、沖擊力及重力。其中,沖擊力對塵粒的起動起主導的作用。通過對塵粒受力分析,得到了塵粒的起動機理,簡而言之即氣流速度超過塵粒的起動速度后,塵粒滾動而相互碰撞,受到沖擊力起跳。而后計算出兩個重要的參數:塵粒的起動速度以及塵粒的懸浮速度,為后面氣力輸送系統的設計、仿真以及結構優化提供了理論和數據支持。然后對氣力輸送系統兩個最重要的部件的設計理論進行了研究。吸嘴的設計要做到符合清掃車行業標準、結構合理、氣流速度分布合理、流場能量損失小等原則。對吸嘴各個結構參數進行了分析。對于其中最重要的參數收縮角α,研究了它影響流場氣流速度分布和壓力損失的原理。這對分析吸嘴流場以及對吸嘴結構進行優化至關重要。接著通過對風機風量風壓的計算,得到風機的選擇原則。吸嘴內流場能量損失有兩種:局部損失和沿程損失。其中局部損失來源于吸嘴和風道連接處的形狀變化,比如收縮角處,氣流在形狀變化的位置流向急劇變化,形成渦流,這也是流場分布不合理的主要原因,因此在優化結構設計時也要針對減小局部損失這個問題,使吸嘴內空氣流動盡量平滑,減小氣流方向急劇變化的情況,從而對吸嘴的形狀進行改善。對本文研究的吸嘴進行了仿真,從仿真結果可以看出,當前吸嘴流場分布存在不合理之處,會導致吸塵效率降低,需要改變吸嘴結構使氣流分布更合理。最后根據減少局部損失這個原則,對吸嘴肩部兩個結構不合理之處進行了改進。修改模型后重新仿真。證明了改進后的結構更有利于塵粒加速和起動,并大大減少了能量消耗,提高了清掃效率。
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