玻璃清洗机风刀流场分析

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1、玻璃清洗和风刀流场分析樊宁高子辉济南大学机械工程学院摘要：玻璃清洗机的风刀结构是决定风刀出风性能的重要因素。本文利用CFD方法分析了风刀工作腔内的流场分布特性，认为矩形横截面的风刀结构可产生涡旋，阻碍了气流的流动，因而降低了出风速度。根据分析结果提出了几点改进措施。并用计算分析表明，圆形截面的风刀结构能够有效地提高出风性能。关键词：流场；风刀；CFDAbstract：Thewindknifestructureofglasswashingmachineiskeytooutletperformance．rI1Ilefluidfielddi

2、stributionpropertiesinwindknifeworkingcavityareanalyzedinpresentpaper．erectanglecrosssectioncausesturbulencepreventingtheairflowwhichlowerstheoutletwindvelocity．Someimprovementareproposedbytheanalysisresults．Thecirclecrosssectioncouldefcienflyimprovetheoutletperformance

3、．Keywords：fluidfield，windknife，CFDsimulation1前言实际使用条件，其中进风口风速为lOm／s。根据风刀玻璃清洗机中的风刀主要通过吹出高强风吹尺寸，计算得到使用条件下的雷诺数大于2300，因除清洗玻璃过程中附着在玻璃表面的水并进行干此风刀工作腔内的空气流动属于湍流。本文采用标燥，以保证清洗后的玻璃清洁、干燥、无杂质、无水准k-e湍流模型进行计算。其划分后的网格如图2迹。因此，风刀功能的优劣直接影响玻璃清洗效果。所示。在风刀的最初设计过程中，为方便制造，设计了横截面近似矩形的风刀结构。但在使用过程

4、中该风刀的吹除性能并不十分理想，玻璃表面两侧的水分不能完全吹除，影响了清洗机整体性能的发挥。为分析形成原因并指导改进设计，本文应用CFD方法对风刀内部流场进行了分析。2CFD模型模型边界条件包括速度边界条件与压力边界条件。上述模型的边界条件设定为：①进风口采用速度边界条件，在计算域的进口边界上，设定进风方向为进风口法线方向且入口速度均匀，进口切线方向的流体速度为零，即Vx=一10m／s，Vy=0m／s，Vz=0m／s；②出风口处施加流体的相对压力边界条图1原始风刀几何模型件，即设相对压力值为常数值O；③风刀工作腔内壁为提高计算效率，忽

5、略实际风刀的部分结构，施加无滑移边界条件，即所有速度分量为零。建立了如图l所示的几何模型，其中，圆形为进风3计算结果分析口，下部细长窄缝为出风口，其缝宽为0．5mm。根据根据上述建立的模型，本文采用Ansys的2011．O757删FLOTRANCFD模块进行分析。计算采用FLUID一～142单元类型，该单元可以分析三维流体速度、压力的分布。。57*86”¨札．．9●3．1，m1。1‘zt，O●图5风刀纵截面的流速等值图图3进风口处横截面的流速等值图0O．324U．6480．9721．2961．6l9O9876432l出风口长度，m94

6、8∞2684826町O图6出风口风速分布曲线4改进分析综合以上分析结果，现有风刀结构存在以下主要问题。图4进风口处横截面的压力等值图a)风刀横截面为近似矩形，在内壁拐角处存图3为进风口中心线处横截面流速等值图，可在涡旋阻碍了气流流动，消耗流动能量而降低了以看出在绝大部分空间内风速从进风口向出风口风速；逐渐减小，在出风口处的极小区域内风速再急剧增b)进风口法线方向正对内壁，造成气流直接冲加。在截面拐角处的低风速区域较大并形成涡旋，击内壁而阻碍了气流流动；这样必然会与高速区气流产生摩擦、扰动，从而降c)风刀纵向长度较长，能量沿程损失较大，

7、使低了整体风速。图4为横截面静压图，可以看出左其末端的风速降低。另外两端低风速区空间较大，侧壁的压强明显大于进风口区域的压强。这主要是增大了涡旋作用的区域从而进一步降低了风速。由于左侧壁正对进风口，会极大地阻碍气流流动，基于此，可行的风刀结构可改进如下：根据伯努利方程可知势必使此处压强增大。图5为a)风刀横截面改为曲线形状以减少涡旋产生，风刀纵截面的流速等值图，风速沿纵轴方向由中心应设计成理论上最优的流线形状；向两端逐渐减少，相当大的空间内流速较小。图6b)风刀纵向截面改为由中间向两端逐渐缩小为沿出风口路径的流速分布曲线图，图中曲线的

8、波的形式，不但可提高纵向流动速度，还可减小纵向动主要是由湍流造成出风瞬时不均匀所形成的。可低风速涡旋区，但这样会增加风刀制造难度以看出在出风口中间段风速较大，其均值约为7m／s，c)增加进风口个数并沿风刀纵向均布，以增加