反吹式吸嘴離地間隙數值模擬研究

郗元，肖濤，成凱，趙士祥

（1.大連理工大學 盤錦產業技術研究院，遼寧 盤錦 124221；2.吉林大學 機械科學與工程學院，長春 130022；3.一汽解放汽車有限公司，長春 130011；4.吉林紫金銅業有限公司，吉林 琿春 133300）

0 引言

伴隨著國民經濟飛速發展，大氣污染問題也日趨嚴重[1-3]。掃路車作為道路清掃環保設備在提高作業效率的同時大大降低了人工成本，而吸嘴作為掃路車吸塵系統的核心部件，其工作性能舉足輕重[4-6]。本文利用CFD方法對吸嘴工作時的離地間隙展開分析，探究最佳離地間隙，提高道路清掃車的除塵性能。

圖1 反吹式吸嘴示意圖

1 物理模型

圖1為反吹式吸嘴結構示意圖，主要由吸塵口、反吹口、吊耳和支撐輪組成。

2 數學模型

1）連續性方程：

式中:ρ為流體密度；ν為流體速度。

2）動量方程：

其中校正壓力

式中:k為湍流動能；ε為動能耗散系數。

3 結果及分析

3.1 離地間隙影響分析

吸嘴工作時的離地間隙是通過橡膠支撐輪來保證，離地間隙的大小則直接影響垃圾進入風道的效果，即影響掃路車的清掃效果。仿真中設定車速為5 km/h，離地間隙δ分別為5 mm、10 mm、15 mm、20 mm，根據塵粒啟動理論對近地面的速度場進行評定分析。為了從數值上更為直觀地分析吸嘴設計的合理性，在近地面平面上取27個

圖2 檢測點分布示意圖

檢測點[7-9]，如圖2所示。

離地間隙與測點速度變化規律曲線如圖3所示，其中（a）、（b）、（c）分別為Y=45、Y=230、Y=405上測點的速度大小。

由圖3（a）與圖3（c）可知，不同離地間隙下測點速度隨著X坐標的變化趨勢較一致。隨著X坐標值的增大，以X=1150 mm為界，不同離地間隙測點速度均先增大后減小，相同測點處速度值隨著離地間隙的減小而增大。這是因為吸塵口在吸嘴行駛方向的右側，吸塵口附近處吸塵功率及真空度均較大，從而使得近吸塵口處速度增大。在X=1300 mm（即測點1及測點19）處速度減小，這是因為測點1接近右側及后側進氣面，真空度小，所以速度低。相同測點不同離地間隙下，離地間隙越小，吸嘴密閉性好且真空度大，因此吸塵效率較高，測點流速值較大。從圖3（b）可知，隨著X坐標值的增大，測點速度呈現出增大趨勢，不同離地間隙下均在X=250 mm（即測點17）處出現駐點。對比不同離地間隙的近地面矢量圖發現，以圖4 δ=10 mm為例，檢測點17處于“λ”型低速區域；從圖4中不難看出，反吹式吸嘴在工作時，氣流均由外向內流入，實現了無二次揚塵。根據砂礫啟動速度[10-12]，離地間隙δ不大于10 mm較合適。

3.2 吸塵效率研究

圖3 離地間隙與測點速度變化規律曲線

圖4 δ=10 mm近地面矢量圖

圖5 總除塵效率與車速和離地間隙的變化趨勢

除塵效率是衡量吸塵口吸塵性能的重要指標[13-15]，圖5為總除塵效率與車速和離地間隙的變化趨勢。相同車速下，離地間隙越大，則總除塵效率越低；相同離地間隙下，隨著車速的不斷提高，總除塵效率下降，當車速增大到一定程度時，總除塵效率以較快的速度開始下降。

車速相同情況下，離地間隙越大則密閉性較差，真空度下降，吸塵功率減小，致使氣流速度減小，根據塵粒啟動原理，速度的降低導致部分顆粒無法正常啟動，所以相同車速下，離地間隙大吸入顆粒少，除塵效率低。

離地間隙相同情況下，以δ=10 mm為例，當車速分別為5 km/h和15 km/h時，Y=1170 mm截面處靜壓力分布如圖6所示。吸嘴底部出現滯留區，隨著車速的提高，滯留區個數增加且有向吸嘴邊界移動的趨勢。近吸塵口處低壓區面積增大、壓力值降低，降低了吸嘴的“有效工作效率”。

圖6 截面Y=1170 mm靜壓力分布

4 結論

1）該反吹式吸嘴離地間隙δ不大于10 mm時，吸塵功率較大；2）吸嘴離地間隙δ=10 mm時，近地面存在“λ”型的低速區域；3）車速及離地間隙均對總除塵效率影響較大，相同車速下，離地間隙越大則總除塵效率越低；相同離地間隙下，隨著車速的不斷提高，總除塵效率下降。