沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验.pdf

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1、第31卷第17期422015年9月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．31No．17Sep．2015沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验刘宏新，孟永超，李彦龙，付露露(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要：为满足沼肥采运车的工作效率，设计12t大型车载式沼肥采运储罐，并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时，储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏，为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volumeoffluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下

2、储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟，得出采运车的最佳运输充料比范围O．8～0．9；利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型，根据采运车工况，施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算，依据计算结果调整储罐设计并优化结构，重新计算得到储罐的变形和应力分别为6．25him、136MPa；运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数，模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1：64的比例关系，模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案，同时也为类似

3、运输罐车的研究提供参考。关键词：农业机械；结构分析；动力学；沼肥采运车储罐；数值模拟；模型试验doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2015．17．006中图分类号：U469．6+1文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一17—0042—08刘宏新，孟永超，李彦龙，付露露．沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验[J]．农业工程学报，2015，31(17)：42—49．doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2015．17．006http：／／www．tcsae．orgLiuHongxin，MengYongchao，LiYanlong，

4、FuLulu．Numericalsimulationofdynamicandsimilaritymodeltestoftankinbiogasfertilizertransporttruck[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31(17)：42—49．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2015．17．006httrI：／／www．tcsae．orgO引言随着新能源战略的实

5、施，中国工业化沼气工程快速发展，由此产生的大量沼液沼渣的处理和利用成为人们亟待面对和解决的迫切问题⋯。将沼液沼渣作为基肥，其处理工艺简单，作业效率高，但沼肥的田间施肥量高达50t／hm212]，为提高沼肥采运车的工作效率，研制大型沼肥采运车及配套使用的储罐是十分必要的。沼肥采运车用于沼肥的采运和田间施肥，在运输沼肥过程中，采运车会经历起步、加速、匀速、紧急制动等行驶工况，当采运车改变行驶状态时，沼肥在惯性力的作用下会产生晃动，对储罐的壁面产生冲击。对于大型沼肥采运车，因其存储沼肥量大，在改变行驶状态时，会对储罐壁面产生较大冲击，而过大的冲击力使得储罐结构出现损坏，为安全运输带来隐患。而上述采运

6、车行驶工况中，紧急制动时储罐所受沼肥冲击是最大的[3]。近年，围绕车载储罐罐内液体晃动而产生的冲击问题有很多的相关研究及报道。刘奎等采用VOF(volumeoffluid)模型对罐车制动时液体的晃动进行了数值模拟，对罐体单个舱室受力、受力位置和整车轴荷分配进行了模拟【41。刘小民等使用CFX(computationalfluidX)求解器，收稿日期：2015．05—04修订日期：2015．08-20基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201303011)作者简介：刘宏新，教授，博士生导师，研究方向：现代农业装备，数字化设计CAD&CAE。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。EmaihL

7、cc98@neau。edu．cn基于欧拉一欧拉多相流模型对罐车在公路制动和转弯过程中罐体内的液体晃动进行了数值模拟【5J。陈志伟等通过数值模拟对油罐中的介质晃动进行了研究，给出了2种不同减速度下液体对壁面冲击作用以及加入防浪板后冲击作用的变化【61。王次安等提出基于流固耦合方法对石油气罐车在使用过程中出现的防浪板和前封头结构损坏进行了结构的优化【7

8、。以上研究均为石油化工类运输储罐，其存储介质为易