清扫车气力输送系统设计与吸嘴流场仿真

摘要

近年来，经济发展迅速，城市化进程加快，给城市环卫工作带来了压力。而人们的环保意识逐步加强，对环境质量的要求越来越高。同时，我国公路总里程逐年增加，高速公路总里程也升至世界第一。机械化，现代化的道路清扫方式成为道路养护必然的发展趋势。政府对环卫工作越来越重视，投入不断增大。道路清扫车凭借其清扫效果好，清扫成本低等优势，成为了道路环卫的主要工具，得到了广泛应用。因此，清扫车市场十分广阔，技术水平也快速发展。
　　本文首先研究了空气的物理性质、流动规律以及尘粒的物理性质和一些参数。尘粒在气流中主要受到的力有:气流阻力、上升力、冲击力及重力。其中，冲击力对尘粒的起动起主导的作用。通过对尘粒受力分析，得到了尘粒的起动机理，简而言之即气流速度超过尘粒的起动速度后，尘粒滚动而相互碰撞，受到冲击力起跳。而后计算出两个重要的参数:尘粒的起动速度以及尘粒的悬浮速度，为后面气力输送系统的设计、仿真以及结构优化提供了理论和数据支持。
　　然后对气力输送系统两个最重要的部件的设计理论进行了研究。吸嘴的设计要做到符合清扫车行业标准、结构合理、气流速度分布合理、流场能量损失小等原则。对吸嘴各个结构参数进行了分析。对于其中最重要的参数收缩角α，研究了它影响流场气流速度分布和压力损失的原理。这对分析吸嘴流场以及对吸嘴结构进行优化至关重要。接着通过对风机风量风压的计算，得到风机的选择原则。
　　吸嘴内流场能量损失有两种:局部损失和沿程损失。其中局部损失来源于吸嘴和风道连接处的形状变化，比如收缩角处，气流在形状变化的位置流向急剧变化，形成涡流，这也是流场分布不合理的主要原因，因此在优化结构设计时也要针对减小局部损失这个问题，使吸嘴内空气流动尽量平滑，减小气流方向急剧变化的情况，从而对吸嘴的形状进行改善。对本文研究的吸嘴进行了仿真，从仿真结果可以看出，当前吸嘴流场分布存在不合理之处，会导致吸尘效率降低，需要改变吸嘴结构使气流分布更合理。
　　最后根据减少局部损失这个原则，对吸嘴肩部两个结构不合理之处进行了改进。修改模型后重新仿真。证明了改进后的结构更有利于尘粒加速和起动，并大大减少了能量消耗，提高了清扫效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及背景

1．2 清扫车的分类

1．3 国内外清扫车发展历史与现状

1．3．1 国外清扫车发展历史与现状

1．3．2 国内清扫车的发展历史与现状

1．4 气力输送技术发展与文献综述

1．5 本文的结构与内容

第2章 尘粒的起动机理

2．1 清扫车清扫对象及其物理特性

2．1．1 空气的物理性质

2．1．2 空气流动规律

2．1．3 尘粒的物理性质

2．2 尘粒的起动机理

2．2．1 对尘粒的受力分析

2．2．2 尘粒的起动机理

2．2．3 尘粒的起动速度

2．3 尘粒的悬浮速度

2．4 本章小结

第3章 气力输送系统设计

3．1 吸嘴的设计

3．1．1 吸嘴的设计原则

3．1．2 吸嘴的结构参数

3．2 风机的选择

3．3 其他设计要点

3．4 本章小结

第4章 清扫车吸嘴流场分析

4．1 计算流体力学简介

4．1．1 计算流体力学的发展

4．1．2 计算流体力学仿真过程

4．1．3 FLUENT软件介绍

4．2 气力输送系统的数学模型

4．3 吸嘴流场仿真分析

4．4 本章小结

第5章 对吸嘴结构的改进及仿真

5．1 改变肩部台阶的倾斜角

5．2 改变风道的倾角

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢