龙卷风原理的吸尘装置结构设计及流场仿真分析

为提升垃圾清扫性能,利用龙卷风原理设计吸尘装置并对其结构参数和扩展域进行研究,采用ANSYS FLUENT 16.0、有限体积法与RNG k⁃ε模型对吸尘装置的流场进行计算,分析探讨各结构参数和扩展域参数对龙卷风的形成及吸尘效果的影响规律,提出了新型的吸尘装置的原理以及设计方案.研究结果表明:排尘口高度与吸嘴直径的比值是1.6时,此时装置产生的龙卷风上部完全发展且结构稳定;吸嘴进风口距地面高度与圆筒直径的比值是0.2时,此时装置产生的龙卷风具有明显的单涡结构,吸嘴覆盖区域的近地面风速最大,吸尘效果最好;导流孔倾斜角度为45°或-45°时装置产生的龙卷风最稳定且强度最大;涡流比在一定范围内增加时装置内的风场结构的强度变大,有利于吸尘效率的提高;扩展域的高度和直径均存在阈值,当扩展域参数大于相应阈值时,其影响可以忽略不计.吸尘装置通过设置合适的结构参数,能够形成高稳定性与强吸尘效果的类龙卷风流场,可实现高效清扫效果.

基于热流场仿真的井状通路暖气垫的结构优化

路面结冰易于导致交通事故的发生,因此提出一种路面暖气垫融冰法。为了获得最佳的融冰效果,以固定体积暖气垫为研究对象,将暖气垫工作表面的融冰速率和融冰均匀度作为评估指标,以暖气垫长度、厚度和通路间距为优化参数,通过热流场仿真分析,采用均匀设计响应面法得到优化目标与结构参数间的函数关系,运用遗传算法进行多目标优化得到非劣解集,采用理想点法TOPSIS从中选出最优解,得出结论:当通路直径取20 mm时,最佳参数组合为通路间距48 mm、暖气垫厚度68 mm,横向边长可根据工程应用确定。

地铁轨间区域吹吸式清扫工作状况的仿真研究

为研究不同工作状况对地铁轨间区域吹吸式清扫性能的影响,采用计算流体力学的方法对吹吸式清扫流场进行仿真计算,结合气固两相流模型分析地铁清扫车行驶速度对清扫性能的影响规律,并在此基础上运用动网格技术,研究中心排水沟和应答器等道床设施对吹吸式清扫流场的影响。研究结果表明:地铁清扫车工作时的行驶速度在不大于10 km/h范围内增大有利于提高清扫效率;中心排水沟的设置使得清扫流场的近地面平均速度和吸嘴出口平均速度减小,从而导致吹吸式清扫方式对中心排水沟的清扫性能降低;地铁清扫车工作于设置有应答器的区域时,应答器与吹、吸嘴的相对位置会对清扫性能产生影响,且清扫性能在应答器的封闭角处明显下降。

吹吸式清扫流场的数值分析

采用计算流体力学软件Fluent对吹吸式清扫流场进行计算,借助对分法分析吹嘴吹口最小间隙对吹风速度的影响,并且采用正交试验设计方法,全面分析吹吸式清扫性能的影响因素,对不同影响因素的参数组合进行仿真计算。研究结果表明:吹口最小间隙为43.75 mm时可以获得最合适的吹风效果;吹吸口中心距离为900 mm、吹吸口与地面夹角为30°、吹风速度为30 m/s、吸嘴负压为-400 Pa时,吹吸式清扫效果最优;吹风速度和吹吸口与地面夹角对清扫性能的影响最大。

吹吸式地铁轨间区域清扫流场的数值分析

为提高清扫车的清扫效率,采用计算流体力学方法对吹吸式清扫流场进行计算,结合气固两相流模型分析结构参数对清扫效果的影响规律,并采取基于权矩阵分析的多目标正交试验方法,进行位置参数的优化.研究结果表明:吹嘴宽度在不大于吸嘴宽度的0.93倍之内增大有利于提高清扫效率;吹嘴高度不小于吸嘴高度的0.92倍时,增大吹嘴高度可提高清扫效率,但降低了近地面平均速度和吹嘴出口速度,不利于尘粒的起动;吸嘴倾角为20°、吹嘴倾角为20°、吹嘴和吸嘴之间的距离为700 mm、吹吸嘴离地高度为20 mm时,吹吸式清扫方式的清扫性能最优;吹吸式清扫流场的近地面气流速度大,气流从吹嘴向吸嘴方向运动且紧贴地面,不存在气流外泄造成的二次污染.吸嘴倾角和吹嘴倾角对吹吸式清扫流场的清扫性能影响最大,其次是吹嘴和吸嘴之间的距离,吹吸嘴距离地高度对清扫性能的影响最小.

纯吸吸尘与卷吸吸尘仿真对比分析

本研究基于计算流体力学软件FLUENT对纯吸式吸尘与龙卷风卷吸式吸尘进行了对比分析,旨在探明纯吸式与卷吸式在流场特征上的差异。通过对同一离地高度的吸尘口对比中发现,在近地面位置,纯吸式吸尘在吸尘口覆盖区域内有一个速度峰值,而卷吸式吸尘在吸尘罩覆盖区域内及覆盖区域外各有一个速度峰值,呈现双峰特性;在吸尘罩覆盖区域外的近地面,随着远离吸尘罩轴心,卷吸式吸尘气流速度降低较慢,而纯吸式吸尘气流速度降低较快。通过对不同离地高度的吸尘口对比中发现,随着吸尘口离地高度的增加,纯吸式吸尘近地面气流速度下降较快;而卷吸式吸尘近地面气流速度下降较慢。因此,充分利用卷吸式的近地面气流速度在吸尘口覆盖区域外降低较慢的特性,可实现大范围吸尘;充分利用随着吸尘口离地高度增加,卷吸式近地面平均速度降低较慢的特性,可实现远距离吸尘。