吸扫式扫路车吸嘴流场性能探微

2018-05-23张安

科技与创新 2018年10期

张安

（徐州徐工环境技术有限公司，江苏徐州 221000）

当前，我国国民经济水平越来越高，人们对于城市环境更加注重。吸扫式扫路车被广泛应用于路面清扫工作中，可达到较好的吸尘效果。为此，需要对反吹式吸嘴实行仿真计算，以此了解清扫车工作吸嘴内气流流动状况，不断地对吸嘴进行完善，以此维护企业的经济效益。

1 吸嘴模型主要分类情况分析

1.1 物理模型基本情况

吸嘴为吸扫式扫路车的主要构成部分，其结构设计情况会对扫路车压尘的整体效果造成影响。当前，我国所生产的干式除尘扫路车主要通过中置二盘扫、宽幅吸嘴方式进行结构布置。为确保宽幅吸嘴的性能，需要对反吹式吸嘴结构加以合理设计。

1.2 CFD计算模型基本情况

清扫时，应充分考虑到清扫垃圾问题，因为砖头、灰尘状况存在较大的差异，所以需要对设计性能状况加以对比，进而简化介质流动情况。吸嘴实际工作的时候，进入吸嘴中的气体能够反吹，并且能从地面间隙进到吸嘴。为模拟外界气体情况，可在吸嘴周围构建扩展区域[1]。实际中，需提前做好GAMBIT处理工作，明确划分吸嘴模型，以便提高计算的整体效率。

1.3 数学模型基本情况

气体经外界、反吹口进到吸嘴部分，然后经吸尘口进行排除处理。在这个过程中，气流流动情况非常复杂，需确保其按照质量守恒定律、动量守恒定律操作。计算连续相时，需达到连续性方程的具体要求，满足质量守恒定律[2]。其中，单位时间内流出的控制体＋流体静质量＝相同时间间隔控制体密度变化质量。动量方程需满足牛顿第二定律，针对预知流体微元，动量时间变化＝外界作用＋微元体力。流体密度、3个方向的单位质量力分别采用p，f1表示。k-ε模型，即为双方程模型，主要为在一个方程之上引入湍动耗散率方程，这个方程在湍流模型中应用范围较广。这一模型湍动能可经输送方程获得准确的结果，而耗散率方程，即由经物理推理、数学模拟方程获得。如果流动为完全湍流，这时可不考虑分子的黏性，因此建议将k-ε模型用于完全湍流流动模拟中。湍动能特殊倒数、耗散率特殊倒数、湍动普朗特数、热膨胀系数分别用αk，αz，Prt和β表示。

2 边界的基本条件

不考虑反吹吸嘴内部结构，在实际工作中，边界的基本条件包括吸尘口排除气体、反吹口吸入气体、吸嘴和地面间隙、外界交换气体。为确保吸嘴计算结果的准确性，需确保四周吸嘴边界条件保持统一。如果边界为标准大气压，这时应将环境温度设置为25℃左右，以便实现吸嘴内流动无热量气体交换效果。吸嘴边界的扩展进口静压、吸尘口静压、反吹口静压分别设置为0 Pa、3 000 Pa、1 000 Pa。实际计算时，可用数值方式取代SIMPLE计算方法。

3 仿真结果的具体探析

使用FLUENT软件对不同结构的反吹吸嘴情况进行仿真计算，以此明确吸嘴速度场情况。为保证不同吸嘴工作的性能，应加强对吸嘴速度矢量的观察，还需合理选择吸嘴底面、吸尘口截面以及反吹口界面，以此选择上述指标最适合的速度矢量。最大气体流速在吸嘴吸尘口位置，能够达到反吹吸嘴设计的具体标准。直吹吸嘴因为反吹口气体，没有对直吹地面实行处理，进而会将气体经吸嘴、地面间隙吹出外部。这时，吸尘口对吸嘴左侧位置吸力并不大。单侧进行反吹，与直吹吸嘴相比，前者明显优于后者，能确保气体经吸嘴左侧吹出。此时，吸尘口四周气体流速非常快，然而易于发生局部涡流情况，会对吸尘口吸尘效果造成直接的影响。两侧反吹吸嘴无气体吹出，同时吸尘口气体流速非常快，吸嘴左侧吸尘效率较高。反吹吸嘴气体经吸嘴后侧吹出，反吹口吹气、流速均比较均匀，部分气体会经吸嘴位置吹出，从而会对环境造成严重影响。直吹式吸嘴最大气体流速、吸尘口气体流速、反吹口气体流速、纵断面气体流速、气体质量流量、反吹口气体质量流量、扩展区气体质量流量分别为：69.73 m/s、41.54 m/s、37.41 m/s、12.06 m/s、1.86 kg/s、1.61 kg/s、0.27 kg/s；单侧反吹式吸嘴最大气体流速、吸尘口气体流速、反吹口气体流速、纵断面气体流速、气体质量流量、反吹口气体质量流量、扩展区气体质量流量分别为：77.39 m/s、38.77 m/s、14.92 m/s、8.72 m/s、1.58 kg/s、0.64 kg/s、0.95 kg/s；双侧反吹式吸嘴最大气体流速、吸尘口气体流速、反吹口气体流速、纵断面气体流速、气体质量流量、反吹口气体质量流量、扩展区气体质量流量分别为：80.64 m/s、40.64 m/s、19.01 m/s、10.48 m/s、1.63 kg/s、0.82 kg/s、0.83 kg/s；后侧反吹式吸嘴最大气体流速、吸尘口气体流速、反吹口气体流速、纵断面气体流速、气体质量流量、反吹口气体质量流量、扩展区气体质量流量分别为：80.72 m/s、28.41 m/s、25.59 m/s、9.47 m/s、1.15 kg/s、0.98 kg/s、0.18 kg/s。

结合上述分析数据可知，直吹式吸嘴吸尘口气体流速、吸尘口纵断面气体流速合理，收集垃圾的效果较好。但是需要注意的是，反吹口气体流速易于引发二次扬尘情况。单侧反吹式吸嘴反吹口气体流速较慢，使得吸尘口吸力不能达到具体标准，所以右侧气流速度较小，会对吸嘴吸尘造成不良影响。双侧反吹式吸嘴气体流速较快，因此可提高吸尘效果，防止对环境造成不良影响。而后侧反吹式吸嘴反吹口气体流速非常快，容易诱发二次扬尘，然而吸尘口气体流速非常慢，建议应用于力粒度较小的清扫中。