基于CFD的化雪融冰裝置內(nèi)氣流場與溫度場研究.pdf

1、化雪融冰裝置作為除雪融冰車的核心部件，對除雪融冰車性能起著決定作用，國內(nèi)外對各種類型化雪融冰裝置的研究都處于初步階段，作業(yè)效率和燃料利用率是化雪融冰裝置兩個重要性能指標(biāo)，化雪融冰裝置高效可靠地運行是研發(fā)部門追求的目標(biāo)，由于傳統(tǒng)開發(fā)產(chǎn)品普遍采用經(jīng)驗和類比方法進(jìn)行設(shè)計，存在很大的盲目性，產(chǎn)品性能也只能通過反復(fù)試制試驗來檢驗，存在產(chǎn)品開發(fā)周期長、研發(fā)費用高等問題。隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展和計算流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用，將計算流體力學(xué)應(yīng)用于化雪融冰裝置

2、開發(fā)成為可能。本文以CFD的理論基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件對化雪融冰裝置的流體進(jìn)行了熱-流體耦合分析。
　　首先，確定流體分析區(qū)域，運用Pro/E軟件創(chuàng)建化雪融冰裝置流體CAD模型，并將其模型導(dǎo)入ANSYS中，對化雪融冰裝置流體進(jìn)行熱-流體耦合分析。由于化雪融冰裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜和計算機硬件限制，對化雪融冰裝置進(jìn)行熱-流體耦合分析時，存在分析時間過長甚至無法完成分析等問題。為此，對燃燒室外殼與大氣之間的散熱過程進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明：燃

3、燒室外殼的內(nèi)、外層鋼板對燃燒室內(nèi)部高溫氣體隔熱作用很小，建立流體分析模型時，在確保計算精度的前提下，將燃燒室內(nèi)外側(cè)鋼板去除從而大幅減小計算規(guī)模。
　　其次，確定渦流風(fēng)機、直燃式燃燒機和空氣壓縮機等在額定工況下工作時的流體分析模型的載荷及邊界條件，對化雪融冰裝置流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了化雪融冰裝置內(nèi)部及出口氣流的速度、溫度、湍流動能及損失。仿真結(jié)果表明：化雪融冰裝置內(nèi)部氣流運動過程中產(chǎn)生了漩渦流場，從而導(dǎo)致了湍流動能損失；經(jīng)直燃機

4、加熱的高溫氣體與高壓熱交換管之間的熱交換效率較低，導(dǎo)致化雪融冰裝置熱效率較低以及燃燒室出口氣流速度和溫度分布不盡合理，使裝置無法高效率融冰等缺陷。
　　最后，提出提高融雪效率和減少油耗的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，將化雪融冰裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的性能進(jìn)行了對比分析。分析結(jié)果表明：火罩等零部件的安裝位置、形狀和尺寸影響燃燒室內(nèi)部氣流的速度和溫度分布，合理的火罩結(jié)構(gòu)可以減少湍流動能損失、改善溫度場、速度場分布，改善化雪融冰裝置性能。本文的研究成果對化雪