吸扫式清扫车气力输送系统流场特性研究

发布时间：2020-03-27 09:06

【摘要】：城市化建设、自然因素以及人们日常生活所造成的污染迅猛加快,使得利用道路清扫车进行路面保洁成为必然发展趋势。气力输送系统内流场特性的优劣直接决定了清扫车的吸尘性能,因此本文对其进行了研究。主要工作如下:介绍了路面尘粒的物理特性、运动(起动、悬浮、沉降)机理,进一步理解了尘粒与气流之间的作用规律。推导出了尘粒起动速度、悬浮速度、沉降速度等与尘粒粒径间的关系,为后续仿真分析提供了理论指导和数据支撑。介绍了气力输送系统的建模过程,考虑到吸嘴入口处边界条件无法确定,在吸嘴前后左右处分别建立了相应的扩展区。为保证所建立扩展区的有效性和计算的高效性,对扩展区的结构参数进行了探讨,最后确定了扩展区的结构参数。对比分析了吸嘴拓展区过渡处结构形式对气力输送系统内流场的影响,结果表明圆弧过渡的结构形式能有效抑制过渡区涡流现象、改善吸嘴内流场分布。研究了风机功率对气力输送系统内流场特性的影响规律。确定了气力输送系统的七个设计变量后,建立了L_(50)(5~7)仿真正交试验。仿真结果表明:各设计变量(吸管直径D、吸管间距L_1、吸嘴核心区宽度B_1、吸嘴拓展区高度H_1、吸嘴核心区肩部高度H_2、吸嘴肩部斜角α_1及吸嘴中间部分斜角α_2)与目标变量(吸嘴前进气面气流平均速度V_f、吸嘴核心区近地面气流平均速度V_0、吸嘴入口尘物集中区气流平均速度与V_0的偏差ζ、吸管内部截面处气流平均速度V_1和吸嘴核心区近地面与吸管内部截面间压力降ΔP)间的关系错综复杂,为保证各目标变量均取得预期值,需均衡各结构参数对吸尘性能的影响。建立了三种近似模型方案下五个目标变量的近似模型,结果表明只有用响应面模型方案建立的近似模型满足精度要求。选择将多岛遗传算法与序列二次规划算法进行结合的组合算法,对气力输送系统进行多目标优化。优化结果分析表明:各目标变量均得到了优化,最小的优化比例为4.789%,最大的为63.131%,且关键位置处的气流分布更为均匀。优化后的模型可吸起密度为3000kg/m~3、粒径为30mm的沙石。本文所提出的气力输送系统优化设计的思路(模型建立、边界条件的确定、参数化建模、近似模型的创建、多目标优化、多相流验证)可用于指导气力输送系统的研发设计。
【图文】：

北京城市

重威胁到了人们的健康生活，也增加了城市环境治理的难度，图 1-1 为北京市上空雾霾[1]。研究表明[1, 2]：城市空气污染的主要源头是可吸入颗粒物污染（PM10），可在大气中存留 7~30 天，可长距离传输，进而造成大范围空气污染。早产儿吸入 PM10 的尘粒会出现各种呼吸道疾病（过敏，哮喘，肺气肿等）甚至死亡，而PM10 浓度过大会严重危害全人类的身体健康甚至导致死亡[3]。城市大气中可吸入颗粒物主要来源于以下几个方面[4]：①煤炭燃烧：部分工业品的生产、春冬季北方的集中供暖等都需要燃烧煤炭，燃烧过程中会有烟尘、粉尘等的排放。②城市建设：房屋建设、市政建筑施工等过程中形成的颗粒物扬尘。③交通运输：车辆行驶时排放的尾气中含有的固体悬浮物，车辆行驶过程中从车辆上脱落的颗粒物和车辆行驶过程中人为抛出的颗粒物等。④日常生活：人们日常生活中产生的颗粒物垃圾，在外力带动作用下会进入空气流，增加了空气中可吸入的颗粒物。⑤自然因素：渣土堆场、裸露地面尘土等在风力作用下形成的扬尘，大自然中的植物花粉、生物气溶胶及海盐粒子等颗粒物。

公路密度,统计显示

有关数据统计显示[5]：截至 2017 年年末，全国机动车保有量为 3.10 亿辆，其中 2.17 亿辆为汽车，汽车保有量超过 100 万辆的有 53 个城市，超过 200 万辆的有 24 个城市，，超过 300 万辆的有 7 个城市。此外，据交通运输部统计显示[6]：2011~2016 年这六年里中国公路里程数和公路密度均呈现逐年增加的趋势，2016 年年末全国公路总里程数到达 469.63 万公里（见图 1-2）。公路建设的逐年增长和汽车队伍的日益庞大使得以上颗粒物来源中，交通运输占据主要源头。此外路面垃圾若不及时清理，会使得汽车爆胎率和制动距离急剧增加，由此引发更多的交通事故。因此如何实现城市道路的高效、高质量保洁显得尤为重要，尤其在我国这样一个人口大国。50052万公里
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.691

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