吸扫式清扫车气力输送系统流场特性研究
城市道路吸扫车吸尘系统的结构设计和流场分析
城市道路吸扫车吸尘系统的结构设计和流场分析城市道路吸扫车是集路面垃圾收集、清扫和运输为一体的新型高效道路清扫设备,多是在专用汽车底盘上改装而成。
吸尘系统是城市道路吸扫车的主要功能部件。
吸尘系统结构设计技术水平的高低直接影响着城市道路吸扫车的发展和创新。
本文以某企业城市道路吸扫车开发项目为支撑,以城市道路吸扫车吸尘系统清扫对象的运动机理和吸尘系统的设计约束为基础,运用Pro/E建立吸扫车吸尘系统的三维模型,并进行流场分析,根据分析结果对吸尘系统的结构进行优化。
本文的主要研究工作包括：(1)通过对城市路面上垃圾(即清扫对象)的分析,根据形状、大小,将清扫对象进行分类,并进行物理性质的研究。
(2)研究清扫对象的起动机理,对清扫对象被拖曳和被吸拾时的瞬时状态进行受力分析,并提出了不同种类清扫对象被拖曳时所需的最小气流速度和被吸拾时所需的最小负压的计算方法。
研究颗粒块状物的沉降机理,建立粒径大小和集尘箱尺寸之间的关系式。
(3)根据市场需求的实际情况、吸扫车的相关标准和所选专用车二类底盘的结构要求,提出城市道路吸扫车吸尘系统的设计约束,对吸尘系统吸尘口和集尘箱的结构参数进行分析。
(4)采用Pro/E建立对吸尘口和集尘箱的三维模型,并根据清扫对象的粒径大小和密度与集尘箱尺寸的关系式对集尘箱的尺寸进行初步验证,保证其合理性。
(5)研究城市道路吸扫车吸尘系统的流场分析理论；对吸尘系统进行流场分析,剖析吸尘系统结构设计中的不合理之处。
(6)根据流场分析结果分别对吸尘系统吸尘口和集尘箱进行结构优化,并对优化后的结构再次进行流场分析,使吸尘系统结构得以满足设计要求。
本文的研究工作构建了城市道路吸扫车吸尘系统设计开发的流程,其研究方法对吸扫车企业及其他同类产品的设计具有理论指导意义和工程应用价值。
清扫车吸嘴流场仿真分析及优化设计
清扫车吸嘴流场仿真分析及优化设计Simulation Analysis and Optimization Design of the Flow Field for the SuctionNozzle of Sweeper鲁耀中 张 斌 陈 阵（长沙中联重科环境产业有限公司，湖南 长沙 410013）摘要：针对某型清扫车吸拾性能不足及噪声偏大的问题，以该车核心部件吸嘴为研究对象，采用流体力学CFD方法对该吸嘴进行了流场分析，并利用离散相对该吸嘴内颗粒运动进行了模拟。
传统吸嘴的仿真结果表明，吸嘴与管道的过渡部位存在气流分离漩涡，漩涡的存在导致气流运动阻力大，湍流气动噪声高。
针对该问题，对吸嘴增加导流结构后的性能进行了分析。
仿真结果表明，吸嘴的吸拾能力提升14%，气动噪声降低3分贝，能耗降低29%，吸嘴性能大幅提升。
关键词：洗扫车；吸嘴；流场；吸尘效率；能耗中图分类号：TH123 文献标识码:A1 引 言随着中国经济的快速发展，各地环卫部门对城市环境卫生质量要求不断提高，以及人力成本的不断攀升，道路洗扫车成为了城市路面清洁的重要工具[1]。
洗扫车利用风机产生的负压，将地面垃圾吸进箱体，其气路系统的性能决定了整车作业性能的高低。
气路系统主要由吸嘴、管路系统、离心风机等部件组成，为了增强吸拾性能，通常做法为增加风机的转速或选用大功率风机，带来的负面作用为能耗和噪声的增加[2]。
吸嘴作为洗扫车气力系统中的关键部件，其流场性能的改善能使得在不增加能耗和噪声的前提下提升吸尘性能，具有重要的工程应用价值。
上海交通大学的朱伏龙[3]分析了吸嘴吸管面积S、吸嘴长度L、宽度B、收缩角α、倾斜角β等结构参数对吸嘴吸拾性能的影响规律；中南大学的云现杰[4]以双吸管吸嘴为研究对象，通过CFD仿真，分析了吸嘴内部速度场、压力场的分布，并对吸嘴内腔结构进行了优化，并运用气固两相流动模型对该结构的吸拾性能进行了验证；覃先云等人为提升吸嘴的吸尘性能，设计了一种Y型吸嘴，该吸嘴后部有补气流道，采用CFD数值模拟技术对该吸嘴进行了气固两相流数值模拟分析，结果表明该吸嘴两侧和吸管后部的气流分布得到了改善，吸嘴的吸尘效率得到了大幅提高，尘粒在吸嘴内的平均停留时间大幅降低。
气力输送系统流动特性CFD模拟分析
气力输送系统流动特性CFD模拟分析摘要管道气力输送是方兴未艾的新学科和边缘学科,它是利用有压气体作为载体在密闭的管道中达到运送散料或成型物品。
粉体的气力输送是利用气体为载体, 在管道或容器中输送粉体物料的一种方法, 在气力输送中, 混合介质是气体和粉粒体, 一般使用的气体是空气, 当要求输送的物料不能被氧化时, 使用氮气或惰性气体, 因而属于气固两相流。
本课题采用以实验为主，以理论分析和数值模拟为辅的方法，系统研究T 型分支管道气固两相流输送系统中，整体升扬管道高度对管道内流体变化的流动特性的影响。
后来为了模型更接近实际，本文绘制的T管道模型接近实验管道，主要是模拟分支管道内部流体情况，模拟输送过程中的一种情况并与实验结果对比。
本文主要对气固两相流管网输送的产生历史、国内外发展状况、基本原理和应用等内容进行了较详细的介绍，同时对本课题的研究意义及前景进行详细论述。
在水平T型分支管道中，用压缩空气作为输送介质，在保持气体流量分别为60 m3/h和0.22 Mpa，分别改变发送压力和流量，对流体流动特性的变化情况进行分析和研究。
关键词：气固两相流；管网分流；压降；流体流动特性AbstractPneumatic conveying pipe is a new discipline's burgeoning and the edge discipline, it is used as a carrier gas pressure in the closed pipeline to transport bulk or molding items. Powder pneumatic conveying is the use of gas as the carrier, in a pipe or container conveying of powder material is a kind of method, in the pneumatic conveying, mixed medium is gas and powder granule, the general use of the gas is air, when the materials request can't be oxidation, using nitrogen gas or inert gas, which belongs to the gas-solid two phase flow.This topic based on the experiment is given priority to, with theoretical analysis and numerical simulation is complementary method, system research T branch pipe gas-solid two phase flow conveying system, the overall rally in pipe height changes the flow characteristic of fluid inside the pipeline. In this paper, the main of gas-solid two phase flow pipeline transportation history, development situation at home and abroad, the basic principle and application, etc was introduced in detail, at the same time, research significance and the prospect of this project are discussed in details. In the level of T branch pipe, using compressed air as medium, in keeping the gas flow is 60 m3 / h and 0.22 Mpa, respectively, respectively send pressure and flow change, the changes in the characteristics of the fluid flow analysis and research.Keywords：Gas-solid two-phase flows；Pipe network system；pressure drop;Resistance characteristic1绪论管道气力输送是方兴未艾的新学科和边缘学科,它是利用有压缩气体作为载体在密闭的管道中达到运送散料或成型物品。
扫路车吸尘工作原理
扫路车吸尘工作原理
扫路车吸尘的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 扬尘吸入：扫路车在行驶过程中，通过旋转的扫帚将道路上的尘土、垃圾等杂物扫到车辆中央地带。
2. 吸尘装置启动：一般采用风力吸尘的方式，扫路车会通过风机或真空泵产生负压，将扫帚扫入车辆中央地带的尘土、垃圾等物料吸入到车辆的吸尘装置中。
3. 空气过滤：在吸尘装置中，空气进入过滤系统。
过滤系统通常采用纸质或布质的过滤器，具有一定的过滤效果，能够有效地阻止细小颗粒物的进入，并保证车辆排放的尘土指标符合环保要求。
4. 尘土存储：通过吸尘装置，尘土、垃圾等物料被吸入到车辆的尘土存储箱中。
存储箱一般位于车辆的后部或侧部，容量较大，可以容纳较多的尘土。
5. 清理和处理：当尘土存储箱达到一定的容量时，需要清理和处理尘土。
通常情况下，扫路车会将尘土存储箱倾倒到指定的垃圾处理场所，对尘土进行处理和处置，以达到环保要求。
通过上述工作原理，扫路车能够有效地清理道路上的尘土和垃圾，保持道路的整洁，改善路面的环境卫生。
210970779_扫地机吸送式稀相气力输送系统的计算
- 72 -工 业 技 术0 引言扫地机是环卫设备之一，是以气体为承载介质，利用气力输送方式吸拾路面垃圾、储存垃圾和运输垃圾的一体式路面清扫设备[1]。
气力输送系统主要包括离心风机、过滤装置、垃圾箱、输送管道和吸嘴等，其中气力输送系统的风量、风压大小直接影响扫地机的清扫性能以及清扫效率，风量、风压的大小取决于离心风机的性能[2]。
扫地机主要作业于人行道、辅道、城市住宅区、公园道路等路面，这些场合具有垃圾量少、垃圾平均粒径小、垃圾成分复杂以及垃圾分布不均等特点[3]。
鉴于上述原因，扫地机气力输送系统采用吸送式稀相气力输送系统最适宜。
下面对扫地机气力输送系统的风量、压力损失的计算方法进行研究。
1 扫地机吸送式稀相气力输送系统的应用扫地机作业开始时，通过气力输送系统尾端的离心风机高速运转抽取垃圾箱里的空气，在整个垃圾箱内形成一定的负压。
空气在大气压作用下通过吸嘴与地面接触处的空隙进入垃圾箱，形成补充气流，并将尘粒、路面垃圾带入吸嘴，通过输送管道输送到垃圾箱内，以达到清除路面垃圾的目的。
气体携带垃圾经过输送管道进入垃圾箱，空气流经的有效截面突然加大，气流速度降低。
在气流速度小于垃圾的悬浮速度后，气流失去对垃圾的携带能力，垃圾在自身重力的作用下向下掉落到垃圾箱底层，空气经过过滤设备后排入大气。
项目SD18扫地机气力输送系统结构如图1所示。
为了有效地将路面垃圾带入吸嘴，吸嘴与地面接触空隙处的气流速度必须大于垃圾的悬浮速度。
而在输送管道内，输送气流速度必须大于垃圾的安全输送速度。
输送气流速度过低，容易造成输送管道堵塞，垃圾不能被吸拾到垃圾箱。
输送气流速度过高，则会增大压力损失、增加动力消耗，并增加管道和其余部件的磨损。
一般吸送式稀相气力输送系统的安全输送速度是输送物料悬浮速度的1.2~3倍。
扫地机气力输送系统所提供的压力是气流与垃圾在输送过程中所有压力损失之和，包括气流从吸嘴进气口进入气流、从离心风机出气口排出系统的整个过程。
扫路车专用吸嘴数值模拟与内流特性分析
图 2 专用吸嘴图
采用三 维 建 模 软件进 行实体建 模， 运 用专用网格 划分软件划分网格。在划分网格时，考虑到专用吸嘴结 构的复杂性以及网格的生成质量，将整个计算域分为 外部大气域、吸嘴区域和吸管区域，为适应专用吸嘴内 部 结 构的复 杂 性， 采用多块网格 生 成 方 法 生 成高质 量
C1ε κ
κ 方程 ：
ρuj
∂κ ∂x j
=
∂ ∂x j
µ
+ µt σκ
∂κ ∂x j
+µt
∂ui ∂x j
∂ui ∂x j
+
∂u j ∂xi
− ρε
ε 方程 ：
ρ uκ
∂ε ∂xκ
=∂ ∂xκ
µ
+ µt σε
∂ε
∂xκ
+
质量守恒方程 ：
动量守恒方程 ：
∂ui = 0 ∂xi
( ) ∂
∂x j
整车环境下洗扫车气力输送系统流场特性研究
第一作者：王永照，男，1989年生，工程师，现从事 专用汽车结构设计及有限元分析工作。
图1 洗扫⻋⼯作原理图3 洗扫⻋⽓⼒输送系统流场仿真3.1 流体仿真控制⽅程图2 整⻋三维模型表1 洗扫⻋整⻋参数图3 吸嘴三维模型图4 吸尘管道和集尘罐体三维模型3.2.4 ⻛机模型⻛机是吸扫式清扫⻋的重要⼯作部分，吸嘴处负压和⾼速⽓流都来源于⻛机的⾼速旋转。
本⻋所⽤⻛机为某公司的YZ926-7.4#C⾼压离⼼⻛机，叶轮为后向式，共有16⽚叶⽚，⻛机的额定转速为2 350 r/min。
⻛机的实物模型、三维⼏何模⻛道⻛机旋转域交界⾯交界⾯蜗壳图6 盘刷机构简化模型4 外流场仿真4.1 计算域构建及⽹格划分⻋辆⻓度为L，计算域⻓度为8L（⼊口距洗扫⻋前脸为L，计算域出口距洗扫⻋尾端为5L），计算域的宽度为所研图7 计算域⽰意图利⽤ICEM CFD对计算模型进⾏⽹格划分。
将⻛机转左右扫盘和刷毛设置为旋转域，⻋⾝表⾯⾯⽹格⽰意8所⽰。
图8 整⻋⾯⽹格⽰意图图9 纵向对称⾯速度分布云图图10所⽰为洗扫⻋底部速度场分布。
由于受到变速器、传动轴等部件的阻碍作⽤，底部⽓流速度整体偏低，⽓流速度⼤小在1 m/s以下。
当⽓流流过变速器、传动轴以后，速度⼜逐渐增加到2 m/s左右。
附近存在⼀定的低速⽓流区及速度梯度变化较⼤的区域，速度梯度变化较⼤的区域会造成能量损失，影响吸嘴的吸尘性能。
图14中，⽓流从吸嘴前后进⽓口进⼊吸腔沿着吸尘管道向上运动时，由于⽓流流过的截⾯⾯积突然变小，速度急剧上升，有利于垃圾和尘粒的向上运输。
但⽓流从化，其中最⼤负压出现在吸嘴腔体和吸管的过渡连接处。
这是因为当⽓流从横截⾯积较⼤的吸嘴腔体进⼊吸管时，横截⾯积突然减小，⽓流速度急剧上升，⽓流流速越快则⽓压越小，所以在此过渡区产⽣极⼤的负压。
吸嘴两吸管图10 清扫⻋底部速度分布云图图11 吸嘴腔中⼼横截⾯静压分布云图图13、14所⽰为吸腔和吸管内部速度流场分布。
整车环境下洗扫车气力输送系统流场特性研究
第一作者：王永照，男，1989年生，工程师，现从事 专用汽车结构设计及有限元分析工作。
图1 洗扫⻋⼯作原理图3 洗扫⻋⽓⼒输送系统流场仿真3.1 流体仿真控制⽅程图2 整⻋三维模型表1 洗扫⻋整⻋参数图3 吸嘴三维模型图4 吸尘管道和集尘罐体三维模型3.2.4 ⻛机模型⻛机是吸扫式清扫⻋的重要⼯作部分，吸嘴处负压和⾼速⽓流都来源于⻛机的⾼速旋转。
本⻋所⽤⻛机为某公司的YZ926-7.4#C⾼压离⼼⻛机，叶轮为后向式，共有16⽚叶⽚，⻛机的额定转速为2 350 r/min。
⻛机的实物模型、三维⼏何模⻛道⻛机旋转域交界⾯交界⾯蜗壳. All Rights Reserved.图6 盘刷机构简化模型4 外流场仿真4.1 计算域构建及⽹格划分⻋辆⻓度为L，计算域⻓度为8L（⼊口距洗扫⻋前脸为L，计算域出口距洗扫⻋尾端为5L），计算域的宽度为所研图7 计算域⽰意图利⽤ICEM CFD对计算模型进⾏⽹格划分。
将⻛机转左右扫盘和刷毛设置为旋转域，⻋⾝表⾯⾯⽹格⽰意8所⽰。
图8 整⻋⾯⽹格⽰意图图9 纵向对称⾯速度分布云图图10所⽰为洗扫⻋底部速度场分布。
由于受到变速器、传动轴等部件的阻碍作⽤，底部⽓流速度整体偏低，⽓流速度⼤小在1 m/s以下。
当⽓流流过变速器、传动轴以后，速度⼜逐渐增加到2 m/s左右。
附近存在⼀定的低速⽓流区及速度梯度变化较⼤的区域，速度梯度变化较⼤的区域会造成能量损失，影响吸嘴的吸尘性能。
图14中，⽓流从吸嘴前后进⽓口进⼊吸腔沿着吸尘管道向上运动时，由于⽓流流过的截⾯⾯积突然变小，速度急剧上升，有利于垃圾和尘粒的向上运输。
但⽓流从化，其中最⼤负压出现在吸嘴腔体和吸管的过渡连接处。
这是因为当⽓流从横截⾯积较⼤的吸嘴腔体进⼊吸管时，横截⾯积突然减小，⽓流速度急剧上升，⽓流流速越快则⽓压越小，所以在此过渡区产⽣极⼤的负压。
吸嘴两吸管图10 清扫⻋底部速度分布云图图11 吸嘴腔中⼼横截⾯静压分布云图图13、14所⽰为吸腔和吸管内部速度流场分布。
道路清洁车用宽吸嘴气固两相流分析及优化改进
所引起的不合理流场分布，分析了吸嘴结构参数对吸 尘性能的影响，提出了改进设计方案。Bof u Wu 等 [7] 进一步分析了作业速度、压力降等参数对吸嘴吸拾性 能的影响规律。上述研究内容主要以扫路车的传统单 吸管吸嘴为仿真对象，未对目前行业内应用越来越多的 后期试验验证，具有一定的局限性。 本文利用 CFD 中的气固两相流分析方法 [8-10]，深 入研究了双吸管宽吸嘴的内部流场分布及吸拾尘粒的 运动过程，利用 Euler-Lag range 方法追踪尘粒在吸嘴 内腔的运动轨迹，分析传统吸嘴的吸尘特性。在此基 础上首次提出了一种带中间进气槽的扁平型改良吸嘴结 构，模拟分析发现改良吸嘴性能有较大提升，并通过后 期科学的路面清洁试验得到验证。
基金项目： 湖南省自然科学基金资助项目 （14JJ3148）
k-ε 模型作为湍流模型。 关于 k 和 ε 的输送方程如下 [9-10]： 湍流动能 k 方程 ：
∂ ( ρ k ) ∂ ( ρ kui ) ∂ + = ∂t ∂xi ∂x j
µ t ∂k µ + + Gk − ρε σ k ∂x j
风量和风压，但工作能耗和噪声也会随之增加。因此， 洗扫双用的双吸管宽吸嘴进行研究分析，且缺乏必要的
图1 道路清洁车结构示意
借助 CFD 仿真分析手段可以有效解决上述难题， 1 分析模型 流场模型 吸嘴吸拾尘粒的机理涉及典型的流体力学湍流和多相 1.1 本文将吸嘴空腔内连续流动的气体视为定常、恒温 流理论， 目前国内外很多学者提出了该方面的研究成果。 和不可压缩的气相处理，采用时均形式的 Navier-Stokes 王福军等 [1-2] 结合 Fluent 软件详细介绍了计算流体力学 方程。为了更好地模拟吸嘴空腔内强烈旋转式气流的湍 （CFD）的基本理论和应用方法，建立了两相流运动的 流程度，采用对正应力进行相应数学约束的 Realizable 相关数学模型。曾广银等 [3] 对扫路车吸嘴内部进行了 静流场模拟，提出近地面风速对尘粒吹起的重要作用。 杨春朝 [4] 等利用气固两相流模型对吸嘴内外部流场进 行了运动仿真，提出了优化改进方案。朱伏龙等 [5-6] 通 过对吸嘴的流场仿真得出影响吸尘效率的原因为结构
吸扫车吸嘴卷吸尘粒流动数值模拟及模糊灰色关联分析
吸扫车吸嘴卷吸尘粒流动数值模拟及模糊灰色关联分析随着城市的发展,城市道路上产生大量灰尘颗粒。
传统的人工清扫不仅清扫效率低,而且清扫工人工作时会产生大量的灰尘严重威胁清扫工人的身体健康。
为此,环卫吸扫车是一种高效率的清洁方案。
气力输送系统是干式环卫吸扫车中最核心和复杂的部件,能否正常有效的工作以及吸尘除尘效率的高低将直接决定了吸扫车的工作性能。
本文以建设机械关键技术国家重点实验室开放基金项目[SKLCM2014-8]和湖南省重点学科开放基金项目[2015KFJJ003]为依托,采用计算流体力学的方法对负压吸拾作用下环卫洗扫车气流卷吸颗粒床层的多相流动机理进行研究,为负压吸拾作用下环卫洗扫车气力输送系统的优化设计提供参考。
本文的主要工作如下所示:(1)针对干式环卫吸扫车的吸嘴进行了建模和数值模拟,得到吸嘴内部流场分布、尘粒的运动轨迹及驻留时间,然后进行优化研究。
结果表明,原吸嘴中尘粒驻留时间最长为5.09s,改进后的新型吸嘴中尘粒最长驻留时间为6.23s,这主要是由于吸嘴右端下部添加了隔板。
(2)应用正交实验设计的方法,研究了具有代表性的三个因素(环境温度、颗粒直径和吸拾压力)对压力场、流场、雷诺数场、灰尘颗粒驻留时间和流场最大速度的影响。
结果表明:直径较大的灰尘颗粒有利于灰尘的沉积,但是若灰尘颗粒直径较大超出了扫洗车的吸拾颗粒直径范围,则降低了扫洗车的吸拾效果,同时若吸拾负压过大,虽然可以扩大扫洗车的吸拾颗粒直径范围,但是会降低颗粒驻留时间,同样会降低扫洗车的吸拾效果;吸拾负压与流场最大速度呈正相关关系,吸拾负压越大,流场的最大速度越大,则吸拾灰尘颗粒的直径越大。
(3)采用模糊隶属度余弦值和欧氏距离公式建立了模糊灰色关联分析模型,对环境温度、灰尘颗粒直径和吸拾负压等因素对灰尘颗粒的驻留时间和流场最大速度影响程度进行分析。
结果表明:灰尘颗粒直径对灰尘颗粒驻留时间的影响最大,吸拾负压对灰尘颗粒驻留时间的影响次之,环境温度对灰尘颗粒驻留时间的影响最小;环境温度对流场最大速度的影响最大,灰尘颗粒直径对流场最大速度的影响次之,吸拾负压对流场最大速度的影响最小。
铁路道床清洁车辆及气力输送技术应用研究综述
铁路道床清洁车辆及气力输送技术应用研究综述目录一、内容概要 (2)1. 研究背景与意义 (2)2. 国内外研究现状概述 (3)二、铁路道床清洁车辆概述 (4)1. 道床清洁车的分类 (6)牵引式 (7)自行式 (8)混合式 (9)2. 道床清洁车的主要技术参数 (10)3. 道床清洁车的工作原理 (11)三、气力输送技术基础 (12)1. 气力输送的定义与特点 (13)2. 气力输送的基本原理 (14)3. 气力输送系统的分类 (15)四、气力输送技术在铁路道床清洁中的应用 (16)1. 道床清洁中的气力输送技术选择 (17)2. 气力输送系统在道床清洁中的实际应用案例分析 (18)3. 气力输送技术的优势与局限性 (19)五、气力输送系统的设计与优化 (21)1. 设计原则与要求 (22)2. 关键设备选型与配置 (24)3. 系统控制策略与智能化水平提升 (25)4. 系统能耗与环保性能评估 (26)六、气力输送技术在铁路道床清洁中的发展趋势与挑战 (27)1. 技术发展趋势 (29)高效化 (30)环保化 (30)智能化 (31)2. 面临的挑战 (32)技术难题攻克 (34)成本控制 (35)安全性与可靠性保障 (36)七、结论与展望 (37)1. 研究成果总结 (38)2. 存在的问题与不足 (39)3. 未来发展方向与建议 (40)一、内容概要本文综述了近年来铁路道床清洁车辆及气力输送技术的应用研究进展。
通过分析现有研究成果，探讨了铁路道床清洁车辆的设计优化、气力输送系统的能耗与效率提升等方面的问题，并对未来发展趋势进行了展望。
在铁路道床清洁车辆方面，本文重点关注了新型材料的研发与应用、作业方式创新以及智能化控制技术的应用。
这些研究为提高铁路道床清洁效率和作业安全性提供了有力支持。
在气力输送技术方面，本文详细介绍了气力输送系统的设计原理、关键部件以及系统性能的影响因素。
通过对实际应用案例的分析，总结了气力输送技术在铁路道床清洁中的优势与局限性，并提出了改进措施。
基于吸尘性能的吸尘口结构研究与流场分析
基于吸尘性能的吸尘口结构研究与流场分析真空吸尘车是一种利用负压工作的新型路面清扫车辆。
吸尘口是其气路系统的关键部件,对吸尘效率、气路阻力、工作可靠性有决定性作用。
国内扫路车主要有吸扫结合式、纯吸式、纯扫式三种,吸扫结合式占主导地位,但纯吸式在特定场合有很大优势,逐渐成为扫路车的一个重要的发展方向。
文章首先分析了真空吸尘车的工作物质即空气和固体尘粒的物理性质,阐述了空气的流动规律及其二者之间的力学作用,从流体力学角度概括了尘粒起动的原理:在气流作用下尘粒之间发生碰撞,碰撞所产生的冲击力引起尘粒的起跳。
计算了砂石、煤粉、水泥、铁粉、铁片及铁矿石等尘粒的起动速度,为吸尘口设计提供了理论依据。
其次,分析了吸尘口的结构参数:排气口面积S、吸尘口长L、宽度B、收缩角α、倾斜角β。
S决定了在一定流量的条件下排气管的气流速度,该速度决定了吸尘口输送尘粒进入集尘箱的能力。
L关系到吸尘车的单次作业宽度,L越大单次作业宽度越大,但同时会降低吸尘口边角的吸尘效果。
B关系到侧面进气的流量值和尘粒是否有足够的起动时间。
收缩角α越大,吸尘口内的速度分布越不均匀,压力损失越大,一般不应超过150°。
适当增加倾斜角β有助于降低气流带走尘粒的难度。
再次,进行了吸尘口结构创新,建立了吸尘口参数化实体模型,该模型能实现所有参数可调,有效缩短设计周期。
通过计算流体力学分析了所选设计方案的流场分布,流场分布表明设计方案存在一定的合理性。
为检验吸尘口设计方案的可行性,设计制造了用于吸尘口实验的实验台,该实验台运用变频调速原理实现风机转速连续可调。
通过实验对设计方案进行了实验分析和论证,吸尘口的各项指标满足了设计要求。
大量的现场试验验证了吸尘口能够有效吸清多种尘粒与粉尘,满足了实际使用的要求。
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吸扫式清扫车气力输送系统流场特性研究
城市化建设、自然因素以及人们日常生活所造成的污染迅猛加快,使得利用道路清扫车进行路面保洁成为必然发展趋势。
气力输送系统内流场特性的优劣直接决定了清扫车的吸尘性能,因此本文对其进行了研究。
主要工作如下:介绍了路面尘粒的物理特性、运动（起动、悬浮、沉降）机理,进一步理解了尘粒与气流之间的作用规律。
推导出了尘粒起动速度、悬浮速度、沉降速度等与尘粒粒径间的关系,为后续仿真分析提供了理论指导和数据支撑。
介绍了气力输送系统的建模过程,考虑到吸嘴入口处边界条件无法确定,在
吸嘴前后左右处分别建立了相应的扩展区。
为保证所建立扩展区的有效性和计算的高效性,对扩展区的结构参数进行了探讨,最后确定了扩展区的结构参数。
对比分析了吸嘴拓展区过渡处结构形式对气力输送系统内流场的影响,结果表明圆弧过渡的结构形式能有效抑制过渡区涡流现象、改善吸嘴内流场分布。
研究了风机功率对气力输送系统内流场特性的影响规律。
确定了气力输送系统的七个设计变量后,建立了L<sub>50</sub>
（5<sup>7</sup>）仿真正交试验。
仿真结果表明:各设计变量（吸管直径D、吸管间距L<sub>1</sub>、吸嘴核心区宽度B<sub>1</sub>、吸嘴拓展区高度
H<sub>1</sub>、吸嘴核心区肩部高度H<sub>2</sub>、吸嘴肩部斜角α
<sub>1</sub>及吸嘴中间部分斜角α<sub>2</sub>）与目标变量（吸嘴前进气面气流平均速度V<sub>f</sub>、吸嘴核心区近地面气流平均速度V<sub>0</sub>、吸嘴入口尘物集中区气流平均速度与V<sub>0</sub>的偏差ζ、吸管内部截面处气流平均速度V<sub>1</sub>和吸嘴核心区近地面与吸管内部截面间压力降ΔP）
间的关系错综复杂,为保证各目标变量均取得预期值,需均衡各结构参数对吸尘性能的影响。
建立了三种近似模型方案下五个目标变量的近似模型,结果表明只有用响应面模型方案建立的近似模型满足精度要求。
选择将多岛遗传算法与序列二次规划算法进行结合的组合算法,对气力输送系统进行多目标优化。
优化结果分析表明:各目标变量均得到了优化,最小的优化比例为4.789%,
最大的为63.131%,且关键位置处的气流分布更为均匀。
优化后的模型可吸起密度为3000kg/m<sup>3</sup>、粒径为30mm的沙石。
本文所提出的气力输送系统优化设计的思路（模型建立、边界条件的确定、参数化建模、近似模型的创建、多目标优化、多相流验证）可用于指导气力输送系统的研发设计。