吸掃式掃路車吸嘴流場性能探微

張安

（徐州徐工環境技術有限公司，江蘇 徐州 221000）

當前，我國國民經濟水平越來越高，人們對于城市環境更加注重。吸掃式掃路車被廣泛應用于路面清掃工作中，可達到較好的吸塵效果。為此，需要對反吹式吸嘴實行仿真計算，以此了解清掃車工作吸嘴內氣流流動狀況，不斷地對吸嘴進行完善，以此維護企業的經濟效益。

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成部分，其結構設計情況會對掃路車壓塵的整體效果造成影響。當前，我國所生產的干式除塵掃路車主要通過中置二盤掃、寬幅吸嘴方式進行結構布置。為確保寬幅吸嘴的性能，需要對反吹式吸嘴結構加以合理設計。

1.2 CFD計算模型基本情況

清掃時，應充分考慮到清掃垃圾問題，因為磚頭、灰塵狀況存在較大的差異，所以需要對設計性能狀況加以對比，進而簡化介質流動情況。吸嘴實際工作的時候，進入吸嘴中的氣體能夠反吹，并且能從地面間隙進到吸嘴。為模擬外界氣體情況，可在吸嘴周圍構建擴展區域[1]。實際中，需提前做好GAMBIT處理工作，明確劃分吸嘴模型，以便提高計算的整體效率。

1.3 數學模型基本情況

氣體經外界、反吹口進到吸嘴部分，然后經吸塵口進行排除處理。在這個過程中，氣流流動情況非常復雜，需確保其按照質量守恒定律、動量守恒定律操作。計算連續相時，需達到連續性方程的具體要求，滿足質量守恒定律[2]。其中，單位時間內流出的控制體＋流體靜質量＝相同時間間隔控制體密度變化質量。動量方程需滿足牛頓第二定律，針對預知流體微元，動量時間變化＝外界作用＋微元體力。流體密度、3個方向的單位質量力分別采用p，f1表示。k-ε模型，即為雙方程模型，主要為在一個方程之上引入湍動耗散率方程，這個方程在湍流模型中應用范圍較廣。這一模型湍動能可經輸送方程獲得準確的結果，而耗散率方程，即由經物理推理、數學模擬方程獲得。如果流動為完全湍流，這時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模擬中。湍動能特殊倒數、耗散率特殊倒數、湍動普朗特數、熱膨脹系數分別用αk，αz，Prt和β表示。

2 邊界的基本條件

不考慮反吹吸嘴內部結構，在實際工作中，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。為確保吸嘴計算結果的準確性，需確保四周吸嘴邊界條件保持統一。如果邊界為標準大氣壓，這時應將環境溫度設置為25℃左右，以便實現吸嘴內流動無熱量氣體交換效果。吸嘴邊界的擴展進口靜壓、吸塵口靜壓、反吹口靜壓分別設置為0 Pa、3 000 Pa、1 000 Pa。實際計算時，可用數值方式取代SIMPLE計算方法。

3 仿真結果的具體探析

使用FLUENT軟件對不同結構的反吹吸嘴情況進行仿真計算，以此明確吸嘴速度場情況。為保證不同吸嘴工作的性能，應加強對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，能夠達到反吹吸嘴設計的具體標準。直吹吸嘴因為反吹口氣體，沒有對直吹地面實行處理，進而會將氣體經吸嘴、地面間隙吹出外部。這時，吸塵口對吸嘴左側位置吸力并不大。單側進行反吹，與直吹吸嘴相比，前者明顯優于后者，能確保氣體經吸嘴左側吹出。此時，吸塵口四周氣體流速非常快，然而易于發生局部渦流情況，會對吸塵口吸塵效果造成直接的影響。兩側反吹吸嘴無氣體吹出，同時吸塵口氣體流速非常快，吸嘴左側吸塵效率較高。反吹吸嘴氣體經吸嘴后側吹出，反吹口吹氣、流速均比較均勻，部分氣體會經吸嘴位置吹出，從而會對環境造成嚴重影響。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、氣體質量流量、反吹口氣體質量流量、擴展區氣體質量流量分別為：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、氣體質量流量、反吹口氣體質量流量、擴展區氣體質量流量分別為：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、氣體質量流量、反吹口氣體質量流量、擴展區氣體質量流量分別為：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、氣體質量流量、反吹口氣體質量流量、擴展區氣體質量流量分別為：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。

結合上述分析數據可知，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二次揚塵情況。單側反吹式吸嘴反吹口氣體流速較慢，使得吸塵口吸力不能達到具體標準，所以右側氣流速度較小，會對吸嘴吸塵造成不良影響。雙側反吹式吸嘴氣體流速較快，因此可提高吸塵效果，防止對環境造成不良影響。而后側反吹式吸嘴反吹口氣體流速非常快，容易誘發二次揚塵，然而吸塵口氣體流速非常慢，建議應用于力粒度較小的清掃中。

4 結束語

通過運用CFD技術對吸掃式掃路車吸嘴流程性能進行研究，建議將直吹式吸嘴應用在整潔路面中，將單側反吹式吸嘴應用于粒度較小的清掃中，將后側反吹式吸嘴應用于路面整潔且對清掃速度有著嚴格要求的清掃中；雙側反吹式吸嘴可在任何條件下應用，能充分發揮吸塵性能，防止產生二次污染情況。

參考文獻：

［1］龍亮，覃先云，肖慶麟，等.掃路車寬吸嘴流場仿真分析及其設計改進［J］.建設機械技術與管理，2017，30（6）：71-76.

［2］俞學蘭，王曉曉.掃路車清掃動作控制優化設計與研究［J］.機械制造與自動化，2017，46（3）：220-221.