铁路道床吸污车吸尘机理分析及吸尘效果数值模拟.pdf

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1、铁道建筑2014年第4期RailwayEngineering135文章编号：1003．1995(2014)04．0135．04铁路道床吸污车吸尘机理分析及吸尘效果数值模拟史天亮(昆明中铁大型养路机械集团有限公司，云南昆明650215)摘要：为使铁路道床吸污车具有更高的吸尘效率，对尘粒起动机理及吸污车吸尘机理进行了分析，并运用计算流体力学软件Fluent对铁路道床吸污车吹吸式吸尘装置内部流场进行数值模拟。建模采用有限体积法，利用非结构化网格对吹吸式吸尘装置模型进行网格划分，采用-湍流双方程模型模拟湍流流动。通过对影响吸尘效率

2、的不同参数进行分析后，提出了吸尘装置改进方案，并对其效果进行仿真。研究结果表明：改进方案不但提高了靠近地面的气流速度，改进了流场分布，提高了吸尘效率，而且不会出现气流外泄造成的二次污染，达到了设计要求，为铁路道床吸污车的优化提供了参考。关键词：铁路道床吸污车吹吸式吸尘装置优化仿真中图分类号：U216．422文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2014．04．37铁路道床吸污车，主要用于清洁铁路道床，吸收道床表面施工后的残留污物、固体颗粒、钢轨打磨磨1吸污车吸尘机理及尘粒起动机理屑等污物，

3、避免列车高速运行时将污物卷起导致车1．1吸污车吸尘机理辆底盘及传感器等部件的损坏，从而保证列车高速铁路道床吸污车吸尘系统吸尘机理如图1所示。运行的安全性。吸污效率的高低是衡量铁路道床吸这种吹吸式吸尘装置的吸尘方式是：通过吹风风机产污车整车性能好坏的关键。吹吸式吸尘装置作为铁生的高速吹喷气流(正风压)分别从两侧将铁路道床路道床吸污车的主要作业机构，其结构的合理性及表面的污物吹起，再由吸风风机形成的吸污气流(负吹吸风速度是否匹配是影响铁路道床吸污车吸污效风压)从中间将污物吸入除尘器内，夹杂污物的气流率的重要因素。经除尘器过滤后

4、排放到空气中，从而达到清洁铁路道目前国内公路吸尘车作业方式主要有纯吸式和床的目的。这种吹吸结合的吸污方式，必须通过严密吸扫式两种，吸扫式清扫车的清扫率高于纯吸式清的空气动力学计算，理论上应使吸气量等于吹气量，但扫车。法国SOCOFER公司开发的铁路除尘车基本由于结构及布置等原因，实际上应使吸气量大于吹气作业方式为吹吸结合，其原理为先由中间吹风口将量。否则封不住扬尘，甚至会造成扬尘大于吸尘，造成污物吹起后再由两侧吸风口将污物吸走。本文讨论二次污染。的昆明中铁大型养路机械集团有限公司开发的铁路道床吸污车吹吸式吸尘系统，作业方式

5、与国外相同，亦为吹吸结合，但作业原理并不相同。在对吸尘系统的研究中，国内外学者多针对纯吸式风口进行研究。，对吹吸式风口的研究较少。本文从尘粒起动机理出发，通过运用CFD商业软件Fluent对影响吸尘效率的不同参数进行仿真分析后，提出一种改进型吸尘口，并采用气固两相流模型模拟图1吸尘机理验证其设计的合理性。1．2尘粒起动机理收稿日期：2o13·06—11；修回日期：2Ol3．08．19尘粒起动速度是指尘粒开始滑动、翻滚并即将悬作者简介：史天亮(1983一)，男，山西汾阳人，工程师，硕士研究生。浮的最小风速。只有当风速超过这一

6、最小风速时，尘136铁道建筑粒才有可能发生移动。对于直径为d的球形颗粒。在空气中的浮重G为G=,ITd(p一Pq)g(1)式中：P，P分别为颗粒、空气密度，kg／m。颗粒受到的流体动力F由因次分析法推算为F=C-~dp(2)图3吹吸式吸尘装置的网格模型式中：为尘粒起动临界速度，m／s；C为阻力系数，本文取0．44。3吹吸风口数值模拟及结果分析因为颗粒达到自由悬浮时，必须满足流体动力与浮重大小相等、方向相反这样的力学平衡，所以3．1参数影响分析c詈dJ口≥=詈d(JD—p)g(3)由尘粒起动机理分析可知：当近地面气流速度大由

7、此可解出于起动速度时，尘粒才能被顺利吹起，吸风口入口处真空度越高越有利于将吹起的尘粒吸入。由于吹风的存=／4gd(pk-Pq)一3．62／d(pkcp-pq)一(4)在，尘粒是否会被吹出吸风口造成二次污染是一个很~重要的问题，而匹配合理的吹吸风速、吹风口倾斜角度根据式(4)可得出铁屑起动速度随粒径变化曲及吹吸风口间的距离既能防止二次污染又能提高吸尘线，如图2所示，计算时铁屑密度取7．8kg／m。。效率。。为更好地分析气流运动，本文截取有代表性的3个剖面，研究这3个剖面与地面接触处在不同参数下的风速大小。三维坐标原点设为吸风

8、口中点，A面、B面、c面的方向坐标分别为0，一0．225，一0．450m。由Fluent计算出来的速度是用一定数值范围的矢量图表示的，因此分析时，取值会存在一定人为误差，0l23456d／mm但这对于把握变化趋势仍具有重要指导意义。3．1．1不同吹风口倾角的仿真分析图2铁屑起动速度随粒径变化曲线吹风口的