地铁隧道清洗设备的结构研究和扇形喷嘴分析

发布时间：2017-05-12 15:16

  本文关键词：地铁隧道清洗设备的结构研究和扇形喷嘴分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地铁隧道内的清洁影响了环境美观,除此之外还和乘客的呼吸健康和行车安全有着密不可分的关系。高压水清洗技术不仅在环保方面有着巨大优势,还能大大改善工人工作环境和提高工作效率。结合施工地铁隧道内的污染情况,设计了一套具备高低压水系统,有可调整冲洗角度的壁面、道床、排水沟冲洗装置的地铁隧道清洗设备。喷嘴是清洗设备的执行元件,其射流特性如喷射角、打击力、动压分布等对清洗效果起决定性作用。本文以清洗用扇形喷嘴为研究对象,利用FLUENT软件仿真分析影响清洗效果的3个方面的因素,喷嘴结构参数、水力参数(清洗压力、流量)和工作参数(靶距、冲洗角度、布置)。现得到以下结论：(1)主要结构参数对扇形喷嘴喷射角和流量的影响。a)喷射角的大小主要取决于扇形射流的厚度,厚度增加会使射流的表面张力增大,从而使射流不易扩散,最终导致喷射角减小。随着V型槽切槽半角的增大,喷射角逐渐减小；随着V型槽切槽深度的增大,喷射角逐渐增大；随着直径的增大,喷射角逐渐增大；随着出口盲端椭球长径比的增大,喷射角逐渐减小。b)流量的大小主要取决于出口截面积的大小。随着V型槽切槽半角的增大,喷射角逐渐增大；随着V型槽切槽深度的增大,喷射角逐渐减小：随着直径的增大,喷射角逐渐增大；随着出口盲端椭球长径比的增大,喷射角逐渐增大。c)BP神经网络可以较好的预测多种结构参数对扇形喷嘴喷射角和流量的综合影响,极大地方便了扇形喷嘴的设计与性能研究。(2)分析V型槽切槽半角为45°、V型槽切槽深度0mm、出口盲端椭球长径比为1的不同出口直径的扇形喷嘴。同一个扇形喷嘴,射流压力在1-21 MPa之间,打击力会随着压力的增大而增大,但增大的幅度在减小；相同的射流压力下,扇形喷嘴出口直径在1～3mm之间,打击力会随着出口直径的增大而增大,但增大的幅度在减小：相同功率,射流压力越大,打击力越小；要获得同样的打击力,射流压力越大,所需功率就越大。地铁隧道清洗低压部分选择压力为1.5MPa,出口直径为2.5mm的喷嘴可以在达到打击力要求的前提下节约能源,并且拥有较高的清洗效率。(3)在同等工况下,射流对物体的打击力随靶距的增大先增加后减小。低压清洗部分的合理靶距为80d-180d,本文选择打击力最大的最佳靶距200mm。冲洗角度为30°时可以获得较大的轴向力和剪切力,和较大较均匀的剪切力分布,所以选择30°冲洗角较为合适。嘴间距为13mm、喷嘴偏转角为8°时,可以获得较均匀的流量和动压分布。
【关键词】：地铁隧道 水冲洗 扇形喷嘴 CFD 工作参数
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U457.4;U231.94
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 地铁隧道清洗技术发展现状14-16
• 1.3 国内外射流喷嘴的研究状况16-19
• 1.3.1 国外的研究概况16-17
• 1.3.2 国内的研究概况17-19
• 1.4 主要研究内容19-20
• 第2章 地铁隧道清洗设备的结构研究20-28
• 2.1 总体方案20-21
• 2.2 水压系统21-25
• 2.2.1 低压系统21-23
• 2.2.2 高压系统23-25
• 2.3 冲洗装置25-27
• 2.3.1 壁面冲洗机构25-26
• 2.3.2 道床冲洗机构26
• 2.3.3 排水沟冲洗机构26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 扇形喷嘴结构参数研究28-49
• 3.1 扇形喷嘴的结构28-29
• 3.2 扇形喷嘴的射流情况29-30
• 3.3 FLUENT软件概述30-33
• 3.3.1 FLUNET软件简介30-31
• 3.3.2 湍流模型的选择31-32
• 3.3.3 多相流模型的选择32-33
• 3.4 扇形喷嘴计算模型的建立33-36
• 3.4.1 几何模型和网格划分33-34
• 3.4.2 计算模型和边界条件34-35
• 3.4.2 计算模型正确性的验证35-36
• 3.5 扇形喷嘴喷射角的测量36-37
• 3.5.1 喷射角36
• 3.5.2 基于MATLAB的喷射角的测量36-37
• 3.6 扇形喷嘴结构参数对喷射角和流量的影响37-42
• 3.6.1 V型槽切槽半角的影响37-39
• 3.6.2 V型槽切槽深度的影响39-40
• 3.6.3 出口圆柱段直径的影响40-41
• 3.6.4 出口盲端椭球长径比的影响41-42
• 3.7 扇形喷嘴性能参数影响因素的综合分析42-48
• 3.7.1 BP神经网络的模型设计42-44
• 3.7.2 数据归一化处理44-45
• 3.7.3 网络训练结果45-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第4章 扇形喷嘴压力与流量匹配研究49-57
• 4.1 射流打击力49-50
• 4.2 同一喷嘴不同压力下的打击力50-52
• 4.3 同压力下不同喷嘴的打击力52-53
• 4.4 相同功率不同压力下的打击力53
• 4.5 相同打击力不同压力相匹配的流量和功率53-54
• 4.6 试验验证54-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 扇形喷嘴工作参数研究57-64
• 5.1 靶距的确定57-58
• 5.2 冲洗角度的确定58-60
• 5.3 扇形喷嘴的布置60-63
• 5.3.1 喷嘴布置的主要参数60-61
• 5.3.2 基于MATLAB的GUI设计与应用61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 附录171-72
• 附录272-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

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