补气孔对扫路车吸嘴吸尘性能的影响

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1、补气孔对扫路车吸嘴吸尘性能的影响　　摘要：应用可实现的kε湍流模型和离散相模型对扫路车吸嘴内腔气固两相流进行数值模拟，研究补气孔对吸嘴吸尘性能的影响.模拟结果表明：从补气孔进入高速气流可以明显加强吸嘴内腔靠近路面处气流强度和吸管底部上升气流强度，有利于尘粒扬起和提升并进入吸管.单个尘粒运动轨迹追踪表明补气孔产生的气流能使尘粒在吸嘴内的运动更顺畅.尘粒轨迹统计结果表明：补气孔极大降低尘粒在吸嘴内滞留的比例和平均停留时间，显著提高吸嘴吸拾尘粒能力.　　关键词：扫路车；吸嘴；补气孔；吸尘性能；气固两相流；数值模拟　　中图分类号：TH412文献标志码：B　　0引言　　高速公路及城市硬化路面的迅

2、速增长，需要投入更多的扫路车进行清扫保洁作业.扫路车的气路系统是决定作业性能的核心部分，其主要由风机、吸尘部分（主要包括吸嘴和吸管）和除尘部分组成.为提高吸尘效率，通常需提高风机转速或选用更大型号风机增大风量和风压，但同时作业能耗和噪声迅速增加.[1]因此，研究吸嘴的关键设计要素对其吸尘性能的影响特点，用于指导吸嘴改进设计，在不改变风机的前提下提高吸尘效率具有重要意义.11　　为提高吸嘴吸尘效率，国内外很多学者开展有价值的研究.陈忠基等[1]利用试验装置对吸嘴的吸尘能力进行研究，发现吸嘴空腔结构改变和离地高度变化对其吸尘能力有重要影响.欧阳智江等[2]应用计算流体力学（Computat

3、ionalFluidDynamics，CFD）技术研究导流式的卷边结构对吸嘴进入气流的影响.曾广银等[3]和徐云等[4]通过CFD仿真分析对吸尘系统进行优化设计.朱伏龙等[5]对纯吸式扫路车吸嘴进行流场模拟和优化.姜兆文等[6]对扫路车不同吸嘴流场进行对比分析.台冰丰等[7]借助CFD技术优化吸嘴结构设计.上述仿真分析主要侧重于优化吸嘴内部气流流场，缺乏研究吸嘴内部流场特征与吸拾尘粒性能之间的关系，具有一定的局限性.WU等[8]对纯吸式真空扫路车吸嘴内腔进行局部改进，并通过数值方法研究改进部分对吸嘴内部流场和吸尘性能的影响特点.　　本文通过实验首次发现在吸嘴上设计合理的补气孔可以有效提

4、高吸尘效率.采用补气孔这一新设计思路提高吸嘴吸尘能力，不同于传统设计方法.传统方法一直认为在吸嘴上开孔会导致其内腔负压降低且分布方式发生改变，不利于实现真空吸尘.为探究补气孔对吸嘴吸尘性能的影响机理，利用CFD方法对吸嘴内腔气固两相流进行数值模拟分析.采用可实现的kε湍流模型[910]模拟吸嘴内腔气流场，分析从补气孔进入的气流对整个内腔气流场的影响.利用离散相模型[1013]对尘粒运动轨迹进行追踪，通过对比分析有无补气孔时尘粒的运动特征，研究补气孔对吸尘性能的影响机理.　　1数学模型　　1.1气流湍流模型11　　吸嘴内腔连续流动的气体可视为定常、恒温和不可压缩气相，采用时均形式的NS方

5、程求解.为较好地反映吸嘴内腔强烈旋转式气流的湍流程度，采用由SHIH等[9]提出的可实现的kε模型计算.在时均应变率特别大的情况下，标准kε模型可能导致负的正应力.为使流动符合湍流的物理定律，需要对正应力进行相应的数学约束.为保证这种约束的实现，需使湍流动能黏度计算式中的系数Cu与应变率联系起来，不再为常数.可实现的kε模型关于k和ε的输送方程[910]如下.　　湍流动能k方程　　（ρk）t+（ρkui）xi=xjμ+μtσkkxj+Gk-ρε（1）　　湍流动能耗散率ε方程　　（ρε）t+（ρεui）xi=xjμ+μtσεεxj+ρC1Eε-ρC2ε2k+vε（2）　　式中：ui为平均

6、速度分量；xi为坐标变量；ρ为流体密度；v为运动黏度；E为时均应变率；σk=1.0；σε=1.2；C2=1.9；C1=max0.43，η/（η+5）；η=k2EijEij/ε；Eij=12uixj+ujxi；Gk为由平均速度梯度引起的湍流动能k的产生项，Gk=μtuixj+ujxiuixj（3）式中：μt为湍动黏度，μt=ρCμkε（4）式中：Cμ=1/（A0+ASU*k/ε），其中，A0=4.0，AS=6cosφ，φ=1/3cos6W，W=EijEjkEkjEijEij12，Eij=12uixj+ujxi；U*=EijEij+Ω～ijΩ～ij，其中，Ω～ij=Ωij-2εijkωk，

7、Ωij=Ω～ij-εijkωk.Ω～ij是从角速度ωk的参考系中得到的时均转动转速张量分量，显然，对于无旋转流场，U*式中的第2项为零，这一项专门用来表示旋转的影响，是本模型区分于标准kε模型的主要特点之一.　　1.2尘粒运动模型11　　利用基于EulerLagrange方法的离散相模拟尘粒在吸嘴内腔气流中的运动轨迹，分析补气孔对吸嘴吸拾尘粒过程的影响.单个粒子的运动轨迹可以通过对粒子的受力平衡方程的积分计算得到.考虑气流对粒子的黏性曳力和提升