張安

（徐州徐工環(huán)境技術(shù)有限公司，江蘇 徐州 221000）

當(dāng)前，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平越來(lái)越高，人們對(duì)于城市環(huán)境更加注重。吸掃式掃路車被廣泛應(yīng)用于路面清掃工作中，可達(dá)到較好的吸塵效果。為此，需要對(duì)反吹式吸嘴實(shí)行仿真計(jì)算，以此了解清掃車工作吸嘴內(nèi)氣流流動(dòng)狀況，不斷地對(duì)吸嘴進(jìn)行完善，以此維護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 吸嘴模型主要分類情況分析

1.1 物理模型基本情況

吸嘴為吸掃式掃路車的主要構(gòu)成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況會(huì)對(duì)掃路車壓塵的整體效果造成影響。當(dāng)前，我國(guó)所生產(chǎn)的干式除塵掃路車主要通過(guò)中置二盤掃、寬幅吸嘴方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置。為確保寬幅吸嘴的性能，需要對(duì)反吹式吸嘴結(jié)構(gòu)加以合理設(shè)計(jì)。

1.2 CFD計(jì)算模型基本情況

清掃時(shí)，應(yīng)充分考慮到清掃垃圾問(wèn)題，因?yàn)榇u頭、灰塵狀況存在較大的差異，所以需要對(duì)設(shè)計(jì)性能狀況加以對(duì)比，進(jìn)而簡(jiǎn)化介質(zhì)流動(dòng)情況。吸嘴實(shí)際工作的時(shí)候，進(jìn)入吸嘴中的氣體能夠反吹，并且能從地面間隙進(jìn)到吸嘴。為模擬外界氣體情況，可在吸嘴周圍構(gòu)建擴(kuò)展區(qū)域[1]。實(shí)際中，需提前做好GAMBIT處理工作，明確劃分吸嘴模型，以便提高計(jì)算的整體效率。

1.3 數(shù)學(xué)模型基本情況

氣體經(jīng)外界、反吹口進(jìn)到吸嘴部分，然后經(jīng)吸塵口進(jìn)行排除處理。在這個(gè)過(guò)程中，氣流流動(dòng)情況非常復(fù)雜，需確保其按照質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律操作。計(jì)算連續(xù)相時(shí)，需達(dá)到連續(xù)性方程的具體要求，滿足質(zhì)量守恒定律[2]。其中，單位時(shí)間內(nèi)流出的控制體＋流體靜質(zhì)量＝相同時(shí)間間隔控制體密度變化質(zhì)量。動(dòng)量方程需滿足牛頓第二定律，針對(duì)預(yù)知流體微元，動(dòng)量時(shí)間變化＝外界作用＋微元體力。流體密度、3個(gè)方向的單位質(zhì)量力分別采用p，f1表示。k-ε模型，即為雙方程模型，主要為在一個(gè)方程之上引入湍動(dòng)耗散率方程，這個(gè)方程在湍流模型中應(yīng)用范圍較廣。這一模型湍動(dòng)能可經(jīng)輸送方程獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，而耗散率方程，即由經(jīng)物理推理、數(shù)學(xué)模擬方程獲得。如果流動(dòng)為完全湍流，這時(shí)可不考慮分子的黏性，因此建議將k-ε模型用于完全湍流流動(dòng)模擬中。湍動(dòng)能特殊倒數(shù)、耗散率特殊倒數(shù)、湍動(dòng)普朗特?cái)?shù)、熱膨脹系數(shù)分別用αk，αz，Prt和β表示。

2 邊界的基本條件

不考慮反吹吸嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工作中，邊界的基本條件包括吸塵口排除氣體、反吹口吸入氣體、吸嘴和地面間隙、外界交換氣體。為確保吸嘴計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需確保四周吸嘴邊界條件保持統(tǒng)一。如果邊界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，這時(shí)應(yīng)將環(huán)境溫度設(shè)置為25℃左右，以便實(shí)現(xiàn)吸嘴內(nèi)流動(dòng)無(wú)熱量氣體交換效果。吸嘴邊界的擴(kuò)展進(jìn)口靜壓、吸塵口靜壓、反吹口靜壓分別設(shè)置為0 Pa、3 000 Pa、1 000 Pa。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可用數(shù)值方式取代SIMPLE計(jì)算方法。

3 仿真結(jié)果的具體探析

使用FLUENT軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)的反吹吸嘴情況進(jìn)行仿真計(jì)算，以此明確吸嘴速度場(chǎng)情況。為保證不同吸嘴工作的性能，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)吸嘴速度矢量的觀察，還需合理選擇吸嘴底面、吸塵口截面以及反吹口界面，以此選擇上述指標(biāo)最適合的速度矢量。最大氣體流速在吸嘴吸塵口位置，能夠達(dá)到反吹吸嘴設(shè)計(jì)的具體標(biāo)準(zhǔn)。直吹吸嘴因?yàn)榉创悼跉怏w，沒(méi)有對(duì)直吹地面實(shí)行處理，進(jìn)而會(huì)將氣體經(jīng)吸嘴、地面間隙吹出外部。這時(shí)，吸塵口對(duì)吸嘴左側(cè)位置吸力并不大。單側(cè)進(jìn)行反吹，與直吹吸嘴相比，前者明顯優(yōu)于后者，能確保氣體經(jīng)吸嘴左側(cè)吹出。此時(shí)，吸塵口四周氣體流速非?？?，然而易于發(fā)生局部渦流情況，會(huì)對(duì)吸塵口吸塵效果造成直接的影響。兩側(cè)反吹吸嘴無(wú)氣體吹出，同時(shí)吸塵口氣體流速非常快，吸嘴左側(cè)吸塵效率較高。反吹吸嘴氣體經(jīng)吸嘴后側(cè)吹出，反吹口吹氣、流速均比較均勻，部分氣體會(huì)經(jīng)吸嘴位置吹出，從而會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。直吹式吸嘴最大氣體流速、吸塵口氣體流速、反吹口氣體流速、縱斷面氣體流速、氣體質(zhì)量流量、反吹口氣體質(zhì)量流量、擴(kuò)展區(qū)氣體質(zhì)量流量分別為：69.73 m/s、41.54 m/s、37.41 m/s、12.06 m/s、1.86 kg/s、1.61 kg/s、0.27 kg/s；單側(cè)反吹式吸嘴最大氣體流速、吸塵口氣體流速、反吹口氣體流速、縱斷面氣體流速、氣體質(zhì)量流量、反吹口氣體質(zhì)量流量、擴(kuò)展區(qū)氣體質(zhì)量流量分別為：77.39 m/s、38.77 m/s、14.92 m/s、8.72 m/s、1.58 kg/s、0.64 kg/s、0.95 kg/s；雙側(cè)反吹式吸嘴最大氣體流速、吸塵口氣體流速、反吹口氣體流速、縱斷面氣體流速、氣體質(zhì)量流量、反吹口氣體質(zhì)量流量、擴(kuò)展區(qū)氣體質(zhì)量流量分別為：80.64 m/s、40.64 m/s、19.01 m/s、10.48 m/s、1.63 kg/s、0.82 kg/s、0.83 kg/s；后側(cè)反吹式吸嘴最大氣體流速、吸塵口氣體流速、反吹口氣體流速、縱斷面氣體流速、氣體質(zhì)量流量、反吹口氣體質(zhì)量流量、擴(kuò)展區(qū)氣體質(zhì)量流量分別為：80.72 m/s、28.41 m/s、25.59 m/s、9.47 m/s、1.15 kg/s、0.98 kg/s、0.18 kg/s。

結(jié)合上述分析數(shù)據(jù)可知，直吹式吸嘴吸塵口氣體流速、吸塵口縱斷面氣體流速合理，收集垃圾的效果較好。但是需要注意的是，反吹口氣體流速易于引發(fā)二次揚(yáng)塵情況。單側(cè)反吹式吸嘴反吹口氣體流速較慢，使得吸塵口吸力不能達(dá)到具體標(biāo)準(zhǔn)，所以右側(cè)氣流速度較小，會(huì)對(duì)吸嘴吸塵造成不良影響。雙側(cè)反吹式吸嘴氣體流速較快，因此可提高吸塵效果，防止對(duì)環(huán)境造成不良影響。而后側(cè)反吹式吸嘴反吹口氣體流速非常快，容易誘發(fā)二次揚(yáng)塵，然而吸塵口氣體流速非常慢，建議應(yīng)用于力粒度較小的清掃中。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用CFD技術(shù)對(duì)吸掃式掃路車吸嘴流程性能進(jìn)行研究，建議將直吹式吸嘴應(yīng)用在整潔路面中，將單側(cè)反吹式吸嘴應(yīng)用于粒度較小的清掃中，將后側(cè)反吹式吸嘴應(yīng)用于路面整潔且對(duì)清掃速度有著嚴(yán)格要求的清掃中；雙側(cè)反吹式吸嘴可在任何條件下應(yīng)用，能充分發(fā)揮吸塵性能，防止產(chǎn)生二次污染情況。

參考文獻(xiàn)：

［1］龍亮，覃先云，肖慶麟，等.掃路車寬吸嘴流場(chǎng)仿真分析及其設(shè)計(jì)改進(jìn)［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2017，30（6）：71-76.

［2］俞學(xué)蘭，王曉曉.掃路車清掃動(dòng)作控制優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2017，46（3）：220-221.