基于CFD的化雪融冰裝置內(nèi)氣流場(chǎng)與溫度場(chǎng)研究.pdf

1、化雪融冰裝置作為除雪融冰車(chē)的核心部件，對(duì)除雪融冰車(chē)性能起著決定作用，國(guó)內(nèi)外對(duì)各種類(lèi)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(gè)重要性能指標(biāo)，化雪融冰裝置高效可靠地運(yùn)行是研發(fā)部門(mén)追求的目標(biāo)，由于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品普遍采用經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在很大的盲目性，產(chǎn)品性能也只能通過(guò)反復(fù)試制試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，存在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)費(fèi)用高等問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展和計(jì)算流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用，將計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用于化雪融冰裝置

2、開(kāi)發(fā)成為可能。本文以CFD的理論基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件對(duì)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(yùn)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(duì)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(jì)算機(jī)硬件限制，對(duì)化雪融冰裝置進(jìn)行熱-流體耦合分析時(shí)，存在分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至無(wú)法完成分析等問(wèn)題。為此，對(duì)燃燒室外殼與大氣之間的散熱過(guò)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(duì)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(shí)，在確保計(jì)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(jì)算規(guī)模。
　　其次，確定渦流風(fēng)機(jī)、直燃式燃燒機(jī)和空氣壓縮機(jī)等在額定工況下工作時(shí)的流體分析模型的載荷及邊界條件，對(duì)化雪融冰裝置流場(chǎng)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(dòng)能及損失。仿真結(jié)果表明：化雪融冰裝置內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了漩渦流場(chǎng)，從而導(dǎo)致了湍流動(dòng)能損失；經(jīng)直燃機(jī)

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(wú)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(duì)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(dòng)能損失、改善溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布，改善化雪融冰裝置性能。本文的研究成果對(duì)化雪