本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟：1）建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型；2）根據(jù)上述掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型建立除風(fēng)機(jī)外的系統(tǒng)阻力模型，對該系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行分析優(yōu)化，選出最終方案的系統(tǒng)阻力模型；3）根據(jù)上述最終方案的系統(tǒng)阻力模型選擇風(fēng)機(jī)；4）對上述選出的風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化；5）將最終方案的系統(tǒng)阻力模型與最終方案的風(fēng)機(jī)組成掃路車氣力輸送系統(tǒng)的最終設(shè)計方案。采用本發(fā)明專利技術(shù)的設(shè)計方法，極大的提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，降低了研發(fā)和試驗成本，并且吸塵效果良好，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法
本專利技術(shù)涉及流體機(jī)械
，尤其涉及一種基于CFD(Computationalfluiddynamics，計算流體力學(xué))的掃路車氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
如圖1所示，掃路車氣力輸送系統(tǒng)主要包括集成箱01、風(fēng)機(jī)02、吸筒03和吸嘴04。掃路車采用真空負(fù)壓吸塵，由風(fēng)機(jī)02對集塵箱01抽吸產(chǎn)生負(fù)壓，集塵箱01通過吸筒03連接吸嘴04，吸嘴04在路面形成負(fù)壓，捕獲路面垃圾。目前，掃路車氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計，主要依靠經(jīng)驗，先制造樣機(jī)，然后對樣機(jī)進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行改進(jìn)，循環(huán)往復(fù)多次，逐漸達(dá)到一定的性能要求。樣車生產(chǎn)費用及試驗費用都很高，不利于節(jié)約成本，并且會延長產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)周期。經(jīng)檢索，至今尚未見基于CFD的掃路車氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計方法的相關(guān)技術(shù)，只有一些文獻(xiàn)提到氣力輸送系統(tǒng)部分組件的CFD優(yōu)化。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對上述問題，提出了一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，目的在于改變傳統(tǒng)的純粹依靠經(jīng)驗設(shè)計氣力輸送系統(tǒng)的方法，將計算流體力學(xué)技術(shù)手段融入到氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計工作中，進(jìn)行氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新，使設(shè)計者有理論可依，并且可以直觀的觀察氣力輸送系統(tǒng)各部位的流動情況、提取流體參數(shù)，杜絕盲目依靠經(jīng)驗，增強(qiáng)設(shè)計方案的可靠性，并提高設(shè)計的效率，縮短設(shè)計的周期，降低研發(fā)及試驗成本。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，所述掃路車氣力輸送系統(tǒng)包括集成箱、風(fēng)機(jī)、吸筒和吸嘴；所述方法是基于CFD流體模擬軟件實現(xiàn)，該方法的具體包括以下步驟：1)建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型；2)根據(jù)上述掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型建立除風(fēng)機(jī)外的系統(tǒng)阻力模型，對該系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行分析優(yōu)化，具體分析優(yōu)化的步驟如下：a、建立上述系統(tǒng)阻力模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面為“pressure-outlet”，吸嘴周邊拓展區(qū)域入口面為“pressure-inlet”，生成網(wǎng)格文件，導(dǎo)入CFD求解器；b、在CFD求解器中，“pressure-outlet”值為預(yù)估的負(fù)壓，“pressure-inlet”值為0Pa，選用穩(wěn)態(tài)壓強(qiáng)基求解器、標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型、選用simple控制方程、設(shè)置控制參數(shù)和殘差控制，進(jìn)行運算分析；c、對系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變系統(tǒng)阻力模型的尺寸、形狀、光滑過渡的方法，減小或消除湍流強(qiáng)度大的區(qū)域，并根據(jù)集塵箱存在的渦流區(qū)較小，集成箱內(nèi)部氣流速度較低，而且集成箱內(nèi)部的底部為低速區(qū)域為選取標(biāo)準(zhǔn)，選取出若干個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型；d、從原始的系統(tǒng)阻力模型與多個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型中選出較好的若干個模型，具體方法如下：通過模擬畫出每個模型的系統(tǒng)阻力曲線，選取曲率最低同時靜壓變化緩和、突變少，而且吸嘴底部氣流速度≥公式1中U，且分布較廣，吸筒內(nèi)部的氣流速度≥公式1中V0，且分布較廣的若干個模型；公式1：式中，U——單個塵粒的起動速度，m/s；V0——單個塵粒的懸浮速度，m/s；μ——塵粒與管道的摩擦系數(shù)；CD——總阻力系數(shù)；CL——升力系數(shù)；ρc——塵粒真密度，kg/m3；ρ——空氣密度，kg/m3；g——重力加速度,m/s2；V——塵粒體積,m3；A——塵粒迎面面積，m2；d——塵粒直徑，m；其中，μ、CD、CL、ρc、ρ、g、V、A、d均為指定的已知值；e、對上述步驟d選出的若干個模型進(jìn)行DPM模擬，通過DPM后處理小工具DPMPostprocessing.exe得出塵粒逃逸率，選擇逃逸率最低的模型作為最終方案的系統(tǒng)阻力模型；3)根據(jù)上述最終方案的系統(tǒng)阻力模型選擇風(fēng)機(jī)，具體方法如下：在最終方案的系統(tǒng)阻力模型中，系統(tǒng)流量Q＝V0×吸筒截面積S0，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面為“velocity-inlet”，該“velocity-inlet”的值V＝Q/風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面積S，方向朝外；同時設(shè)置吸嘴周邊拓展區(qū)域入口面為“pressure-inlet”，“pressure-inlet”值值為0Pa，進(jìn)行運算分析，得出此時風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處靜壓P，根據(jù)P、Q以及風(fēng)機(jī)動力源功率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和安裝空間查風(fēng)機(jī)手冊選出符合的風(fēng)機(jī)；4)對上述選出的風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，具體分析優(yōu)化的步驟如下：a、建立上述所選出風(fēng)機(jī)的模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口截面為“velocity-inlet”，設(shè)置風(fēng)機(jī)出口截面為“pressure-outlet”；b、在CFD求解器中，設(shè)置“velocity-inlet”值為V，方向朝內(nèi)，設(shè)置“pressure-outlet”值為0Pa，選用穩(wěn)態(tài)壓強(qiáng)基求解器、標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型、simple控制方程，設(shè)置控制參數(shù)和殘差控制，采用MRF模型，設(shè)定風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行運算分析；c、對原始的風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變風(fēng)機(jī)的出口安裝角、葉輪寬度、葉片數(shù)、入口安裝角或蝸殼出口擴(kuò)壓角，選出靜壓較高，蝸殼內(nèi)低壓區(qū)域較少，靜壓分布較均勻，蝸殼流道內(nèi)的二次流漩渦強(qiáng)度較低的若干優(yōu)化的風(fēng)機(jī)模型；d、在最終方案系統(tǒng)阻力模型的系統(tǒng)阻力曲線的圖中分別畫出原始的風(fēng)機(jī)模型與若干優(yōu)化的風(fēng)機(jī)模型的性能曲線，風(fēng)機(jī)模型的性能曲線包括靜壓曲線、軸功率曲線和效率曲線，其中，靜壓曲線與上述系統(tǒng)阻力曲線的交點為工況點，選出工況點所對應(yīng)的壓強(qiáng)、流量為最大的，并且工況點靠近效率最高點、靜壓裕量大、效率曲線高且最高范圍寬而平坦的風(fēng)機(jī)模型作為最終方案的風(fēng)機(jī)；5)將最終方案的系統(tǒng)阻力模型與最終方案的風(fēng)機(jī)組成掃路車氣力輸送系統(tǒng)的最終設(shè)計方案。步驟1)中建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型具體包括：根據(jù)清掃寬度確定吸嘴長度范圍；根據(jù)車型大小、垃圾收運噸位和降塵需要確定集塵箱總體尺寸范圍；根據(jù)安裝空間確定風(fēng)機(jī)外型尺寸范圍。本專利技術(shù)的設(shè)計方法將計算流體力學(xué)技術(shù)手段融入到氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計工作中，進(jìn)行氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新，使設(shè)計者有理論可依，并且可以直觀的觀察氣力輸送系統(tǒng)各部位的流動情況、提取流體參數(shù)，杜絕盲目依靠經(jīng)驗，增強(qiáng)設(shè)計方案的可靠性極大的提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，降低了研發(fā)和試驗成本，并且吸塵效果良好，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。附圖說明以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明：圖1為掃路車氣力輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為系統(tǒng)阻力模型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為系統(tǒng)的性能曲線圖。具體實施方式本專利技術(shù)一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，所述掃路車氣力輸送系統(tǒng)包括集成箱、風(fēng)機(jī)、吸筒和吸嘴；所述方法是基于CFD流體模擬軟件實現(xiàn)，該方法的具體包括以下步驟：1)建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型；建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型具體包括：根據(jù)清掃寬度確定吸嘴長度范圍；根據(jù)車型大小、垃圾收運噸位和降塵需要確定集塵箱總體尺寸范圍；根據(jù)安裝空間確定風(fēng)機(jī)外型尺寸范圍；2)根據(jù)上述掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型建立除風(fēng)機(jī)外的系統(tǒng)阻力模型，對該系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行分析優(yōu)化，分析優(yōu)化的基本方法為：在風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處設(shè)置相同的預(yù)估負(fù)壓，對其進(jìn)行CFD仿真模擬本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，所述掃路車氣力輸送系統(tǒng)包括集成箱、風(fēng)機(jī)、吸筒和吸嘴；其特征在于：所述方法是基于CFD流體模擬軟件實現(xiàn)，該方法的具體包括以下步驟：1)建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型；2)根據(jù)上述掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型建立除風(fēng)機(jī)外的系統(tǒng)阻力模型，對該系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行分析優(yōu)化，具體分析優(yōu)化的步驟如下：a、建立上述系統(tǒng)阻力模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面為“pressure?outlet”，吸嘴周邊拓展區(qū)域入口面為“pressure?inlet”，生成網(wǎng)格文件，導(dǎo)入CFD求解器；b、在CFD求解器中，“pressure?outlet”值為預(yù)估的負(fù)壓，“pressure?inlet”值為0Pa，選用穩(wěn)態(tài)壓強(qiáng)基求解器、標(biāo)準(zhǔn)k?ε雙方程湍流模型、選用simple控制方程、設(shè)置控制參數(shù)和殘差控制，進(jìn)行運算分析；c、對系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變系統(tǒng)阻力模型的尺寸、形狀、光滑過渡的方法，減小或消除湍流強(qiáng)度大的區(qū)域，并根據(jù)集塵箱存在的渦流區(qū)較小，集成箱內(nèi)部氣流速度較低，而且集成箱內(nèi)部的底部為低速區(qū)域為選取標(biāo)準(zhǔn)，選取出若干個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型；d、從原始的系統(tǒng)阻力模型與多個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型中選出較好的若干個模型，具體方法如下：通過模擬畫出每個模型的系統(tǒng)阻力曲線，選取曲率最低同時靜壓變化緩和、突變少，而且吸嘴底部氣流速度≥公式1中U，且分布較廣，吸筒內(nèi)部的氣流速度≥公式1中V0，且分布較廣的若干個模型；公式1：式中，U——單個塵粒的起動速度，m/s；V0——單個塵粒的懸浮速度，m/s；μ——塵粒與管道的摩擦系數(shù)；CD——總阻力系數(shù)；CL——升力系數(shù)；ρc——塵粒真密度，kg/m3；ρ——空氣密度，kg/m3；g——重力加速度,m/s2；V——塵粒體積,m3；A——塵粒迎面面積，m2；d——塵粒直徑，m；其中，μ、CD、CL、ρc、ρ、g、V、A、d均為指定的已知值；e、對上述步驟d選出的若干個模型進(jìn)行DPM模擬，通過DPM后處理小工具DPM?Postprocessing.exe得出塵粒逃逸率，選擇逃逸率最低的模型作為最終方案的系統(tǒng)阻力模型；3)根據(jù)上述最終方案的系統(tǒng)阻力模型選擇風(fēng)機(jī)，具體方法如下：在最終方案的系統(tǒng)阻力模型中，系統(tǒng)流量Q＝V0×吸筒截面積S0，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面為“velocity?inlet”，該“velocity?inlet”的值V＝Q/風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面積S，方向朝外；同時設(shè)置吸嘴周邊拓展區(qū)域入口面為“pressure?inlet”，該“pressure?inlet”值為0Pa，進(jìn)行運算分析，得出此時風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處靜壓P，根據(jù)P、Q以及風(fēng)機(jī)動力源功率、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和安裝空間查風(fēng)機(jī)手冊選出符合的風(fēng)機(jī)；4)對上述選出的風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，具體分析優(yōu)化的步驟如下：a、建立上述所選出風(fēng)機(jī)的模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口截面為“velocity?inlet”，設(shè)置風(fēng)機(jī)出口截面為“pressure?outlet”；b、在CFD求解器中，設(shè)置“velocity?inlet”值為V，方向朝內(nèi)，設(shè)置“pressure?outlet”值為0Pa，選用穩(wěn)態(tài)壓強(qiáng)基求解器、標(biāo)準(zhǔn)k?ε雙方程湍流模型、simple控制方程，設(shè)置控制參數(shù)和殘差控制，采用MRF模型，設(shè)定風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行運算分析；c、對原始的風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變風(fēng)機(jī)的出口安裝角、葉輪寬度、葉片數(shù)、入口安裝角或蝸殼出口擴(kuò)壓角，選出靜壓較高，蝸殼內(nèi)低壓區(qū)域較少，靜壓分布較均勻，蝸殼流道內(nèi)的二次流漩渦強(qiáng)度較低的若干優(yōu)化的風(fēng)機(jī)模型；d、在最終方案系統(tǒng)阻力模型的系統(tǒng)阻力曲線的圖中分別畫出原始的風(fēng)機(jī)模型與若干優(yōu)化的風(fēng)機(jī)模型的性能曲線，風(fēng)機(jī)模型的性能曲線包括靜壓曲線、軸功率曲線和效率曲線，其中，靜壓曲線與上述系統(tǒng)阻力曲線的交點為工況點，選出工況點所對應(yīng)的壓強(qiáng)、流量為最大的，并且工況點靠近效率最高點、靜壓裕量大、效率曲線高且最高范圍寬而平坦的風(fēng)機(jī)模型作為最終方案的風(fēng)機(jī)；5)將最終方案的系統(tǒng)阻力模型與最終方案的風(fēng)機(jī)組成掃路車氣力輸送系統(tǒng)的最終設(shè)計方案。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，所述掃路車氣力輸送系統(tǒng)包括集塵箱、風(fēng)機(jī)、吸筒和吸嘴；其特征在于：所述方法是基于CFD流體模擬軟件實現(xiàn)，該方法具體包括以下步驟：1)建立掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型；2)根據(jù)上述掃路車氣力輸送系統(tǒng)原始模型建立除風(fēng)機(jī)外的系統(tǒng)阻力模型，對該系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行分析優(yōu)化，具體分析優(yōu)化的步驟如下：a、建立上述系統(tǒng)阻力模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機(jī)入口與集塵箱連接處截面為“pressure-outlet”，吸嘴周邊拓展區(qū)域入口面為“pressure-inlet”，生成網(wǎng)格文件，導(dǎo)入CFD求解器；b、在CFD求解器中，“pressure-outlet”值為預(yù)估的負(fù)壓，“pressure-inlet”值為0Pa，選用穩(wěn)態(tài)壓強(qiáng)基求解器、標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型、選用simple控制方程、設(shè)置控制參數(shù)和殘差控制，進(jìn)行運算分析；c、對系統(tǒng)阻力模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變系統(tǒng)阻力模型的尺寸、形狀、光滑過渡的方法，減小或消除湍流強(qiáng)度大的區(qū)域，并根據(jù)集塵箱存在的渦流區(qū)較小，集塵箱內(nèi)部氣流速度較低，而且集塵箱內(nèi)部的底部為低速區(qū)域作為選取標(biāo)準(zhǔn)，選取出若干個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型；d、從原始的系統(tǒng)阻力模型與若干個優(yōu)化的系統(tǒng)阻力模型中選出較好的若干個模型，具體方法如下：通過模擬畫出每個模型的系統(tǒng)阻力曲線，選取曲率最低同時靜壓變化緩和、突變少，而且吸嘴底部氣流速度≥公式1中U，且分布較廣，吸筒內(nèi)部的氣流速度≥公式1中V0，且分布較廣的若干個模型；公式1：式中，U——單個塵粒的起動速度，m/s；V0——單個塵粒的懸浮速度，m/s；μ——塵粒與管道的摩擦系數(shù)；CD——總阻力系數(shù)；CL——升力系數(shù)；ρc——塵粒真密度，kg/m3；ρ——空氣密度，kg/m3；g——重力加速度,m/s2；V——塵粒體積,m3；A——塵粒迎面面積，m2；d——塵粒直徑，m；其中，μ、CD、CL、ρc、ρ、g、V、A、d均為指定的已知值；e、對上述步驟d選出的若干個模型進(jìn)行DPM模擬，通過DPM后處理小工具DPMPostprocessing.exe得出塵粒逃逸率，選擇逃逸率最低的模型作為最終方案的系統(tǒng)阻力模型；3)根據(jù)上述最終方案的系統(tǒng)阻...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇暉，曾衍壽，王鵬，
申請(專利權(quán))人：福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35
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