[發(fā)明專利]一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法

有效

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• 申請日: 2015-10-23
• 公開（公告）號: CN105239522B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 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
• 主分類號: E01H1/08
• 分類號: E01H1/08
• 代理公司: 福州君誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司35211
• 代理人: 戴雨君

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)包括集成箱、風(fēng)機、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)；

C_D——總阻力系數(shù)；

C_L——升力系數(shù)；

ρ_c——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、C_D、C_L、ρ_c、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，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)機入口與集塵箱連接處截面為“velocity-inlet”，該“velocity-inlet”的值V＝Q/風(fēng)機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)機入口與集塵箱連接處靜壓P，根據(jù)P、Q以及風(fēng)機動力源功率、風(fēng)機轉(zhuǎn)速和安裝空間查風(fēng)機手冊選出符合的風(fēng)機；

4)對上述選出的風(fēng)機進(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)機的模型，導(dǎo)入CFD前處理器，劃分網(wǎng)格，設(shè)置風(fēng)機入口截面為“velocity-inlet”，設(shè)置風(fēng)機出口截面為“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)機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行運算分析；

c、對原始的風(fēng)機模型進(jìn)行優(yōu)化，通過改變風(fēng)機的出口安裝角、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)的二次流漩渦強度較低的若干優(yōu)化的風(fēng)機模型；

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)機模型與若干優(yōu)化的風(fēng)機模型的性能曲線，風(fēng)機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、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)機模型作為最終方案的風(fēng)機；

5)將最終方案的系統(tǒng)阻力模型與最終方案的風(fēng)機組成掃路車氣力輸送系統(tǒng)的最終設(shè)計方案。

2.根據(jù)權(quán)利要1所述的一種基于CFD設(shè)計掃路車氣力輸送系統(tǒng)的方法，其特征在于：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)機外型尺寸范圍。