基于国外两款吸扫式清扫车的流场性能分析

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1、基于国外两款吸扫式清扫车的流场性能分析卢振伟1吴军委1何子燚2李敏11．三一重工股份有限公司湖南长沙4101002．汉阳专用汽车研究所湖北武汉430056摘要：采用计算流体力学(CFD)的方法对国外两款吸扫式清扫车的流场性能进行了仿真分析。建立了流场几何模型，选择非结构化网格对模型进行了网格划分，采用k-ε湍流模型，并施加适当的边界条件后，利用FLUENT软件对模型进行数值计算，为国内清扫车流场的优化设计提供了理论依据和数据支持。.jyqkm;开口采用40mm网格，地面网格大小为40mm;吸嘴焊接板均采用大小为15-20mm的网格，板厚处采用2mm

2、的网格；垃圾箱料管网格大小均为30mm；垃圾箱体壁面结构均采用80mm的网格；垃圾箱内部的垃圾箱挡盘采用大小为30mm的网格，内部滤网隔板网格大小为5mm；风机管道网格大小为50mm；计算域网格如图6、7所示，网格统计及质量检查标准如表2所示。4.2边界条件清扫过程属多相流问题，具有气、固两相性。由于清扫垃圾的多样性，不可能一一建模，故主要进行流场分析，将之简化为单一介质的流动问题，即压缩空气的流动问题。由于模型中对粉尘与粉尘的相互作用未考虑，故模拟忽略了粉尘与粉尘间的无序碰撞、水珠与粉尘的随机扑捉、碰撞黏合变大的过程。本文求解类型为稳态分析，求解

3、域为流体域，采用Ansys-CFX进行数值模拟计算，各参数边界条件如表3～5所示。4.3求解与后处理4.3.1流线分布Faun及Scarab清扫车风道系统速度流线分布图如图8、9所示，两种方案的吸嘴结构大致相同，由于吸嘴离地高度约为IOmm，在风机运转产生负压的情况下，周围的空气经吸嘴与地面的缝隙进入吸嘴后，由于截面积突然减小，速度均有较大的提升。空气进入垃圾箱后，遇挡盘改变流向，因垃圾箱内空间增大引起速度陡降，并形成低速涡流区。经内滤网至风机风道，截面积减小而速度提升。由于两款车进入垃圾箱的管道布置不同，导致各自的流线分布也不同。Faun清扫车挡

4、盘与水平呈300夹角，致使空气经其结构后贴箱体上壁面流动趋势明显，不利于垃圾沉降，后续应调整其角度。而Scarab清扫车，气流经挡盘流于垃圾箱底部，受负压影响往箱体后部流动，流线显示其沉降优势优于Faun清扫车。4.3.2速度分布为了更清晰地了解整个流场的速度场分布，对风道系统作了如下的截面，如图10所示。由图11、表6数据可知，Faun清扫车垃圾箱内有一喇叭口结构，由于截面积增大，其流速降低。进入垃圾箱的速度相对于Scarab清扫车的速度更低，Faun清扫车进入垃圾箱体的流速均值为15.8m/s，Scarab清扫车进入垃圾箱体的流速均值为39.6

5、7m/s。由于Faun清扫车进入垃圾箱的初始速度降低，其垃圾箱体中4#及5#截面的速度分布均值都低于Scarab清扫车。Faun清扫车的格栅布置在垃圾箱体前部，其格栅附近的速度大于布置在后部的Scarab清扫车。Faun格栅处的速度均值为11.23m/s，Scarab格栅处的速度均值为6.14m/s，所以}aun清扫车相对于Scarab清扫车垃圾更容易聚集在格栅处附近，Scarab清扫车的垃圾沉降效果优于Faun清扫车。两种清扫车的气流经挡盘后，在两侧形成漩涡，由于截面积增大、速度减小，在整个箱体的大范围的低速漩涡区实现垃圾沉降，Faun清扫车的漩

6、涡较Scarab清扫车的漩涡位置更为靠近垃圾箱顶部。4.3.3压力分布图12为出口流量为2.152kg/s时(进料管内速度约40m/s)，清扫车垃圾箱截面压力矢量图，各截面数据整体如表7所示。由表7可知，气流从3#截面进入垃圾箱，6#截面流出垃圾箱。Faun清扫车垃圾的压力损失较Scarab清扫车的压力损失更小，Faun清扫车垃圾箱体压力损失为383.45Pa，Scarab清扫车垃圾箱体压力损失为1057.36Pa。5结语aFaun清扫车相对于Scarab清扫车垃圾更容易聚集在格棚处附近，Scarab的垃圾沉降效果优于Faun，建议国内清扫车采用长

7、距离后置式风道和单面滤网的结构。bFaun清扫车的垃圾箱压力损失较Scarab清扫车的压力损失更小，Faun的压损效果优于Scarab，建议国内清扫车采用Faun的风道系统。c．Faun清扫车垃圾箱内挡盘的布置与水平呈300夹角，流线分布更优，更利于垃圾沉降，建议国内清扫车采用倾斜式挡盘布置。dFaun清扫车在进入垃圾箱体时，设置了喇叭口结构，其进料垃圾箱的气体流速降低，在保证垃圾能进入垃圾箱体的情况下（垃圾不回流），整个垃圾箱体的速度分布较Scarab清扫车的直管进入速度分布更低，以利于垃圾沉降，建议国内清扫车增加喇叭型出料口结构。收稿日期：20

8、15-03-27