【摘要】：冬天大面積的道路積雪經(jīng)過行人和車輛的碾壓和踩踏容易形成板狀壓雪,不及時(shí)清除就會(huì)在反復(fù)融化凝固中形成更難清除的壓實(shí)積雪和路面冰層,對行車安全、交通運(yùn)輸?shù)仍斐刹焕绊憽Ｓ捎趯β访娌豢杀苊獾膿p傷、機(jī)械部件較高的損耗、二次污染以及工況適應(yīng)性低等缺陷,機(jī)械式的除雪設(shè)備在我國的推廣和開發(fā)受到很大的限制。氣流射流具有能量集中,無運(yùn)動(dòng)部件,對路面破壞較小等特點(diǎn),可以利用在清除板狀壓雪的作業(yè)中。而且,傳統(tǒng)的冷吹除雪機(jī)工作方式單一,結(jié)構(gòu)簡單粗糙,也缺少清雪工作參數(shù)變化對清雪效果影響的模擬仿真,也沒有考慮自然環(huán)境下雪粒黏聚,雪粒粗化和積雪密實(shí)化的影響。因此,開發(fā)工況適應(yīng)性強(qiáng)、對路面損傷低、清潔高效的氣流射流清雪除雪技術(shù)具有十分重要的研究價(jià)值。論文以氣流碎雪和輸送過程中的板狀壓雪力學(xué)特性和氣固兩相流動(dòng)為研究對象,研究了氣流碎雪和輸送過程的流場分布特性,以及工作參數(shù)對氣流碎雪和輸送效果的影響,具體的研究內(nèi)容和方法如下:(l)分析并總結(jié)了積雪的分類和密度,積雪的抗拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度;描述了板狀壓雪的微觀結(jié)構(gòu)并提出了板狀壓雪的破壞準(zhǔn)則,對氣流射流碎雪機(jī)理進(jìn)行了研究,對雪面和空中的雪粒以及雪粒聚團(tuán)間的作用力進(jìn)行了受力分析,分析了積雪流體化機(jī)理并建立了雪粒的運(yùn)動(dòng)方程。建立了雪粒的風(fēng)速起動(dòng)模型,并利用MATLAB模擬并分析了雪粒起動(dòng)各參數(shù)間的關(guān)系,基于氣流滲流效應(yīng)分析了孔隙壓力與滲流距離、滲流時(shí)間與滲流距離之間的關(guān)系。(2)系統(tǒng)地總結(jié)了兩相流模擬的常用物理模型和數(shù)學(xué)模型,比較了常用CFD多相流模型和湍流模型的優(yōu)缺點(diǎn),基于前人研究成果提出了 CFD-DEM耦合控制方程,選定了合適的EDEM接觸模型。(3)利用ANSYS功能模塊進(jìn)行耦合分析,建立氣流碎雪的仿真模型,設(shè)置三層積雪來模擬積雪力學(xué)特性的不均勻分布,設(shè)置相應(yīng)的邊界條件和收斂條件進(jìn)行了不同噴射高度、噴嘴孔徑和入口流速下的模擬仿真,總結(jié)了全計(jì)算流域的流場分布特點(diǎn),包括流場流速分布,流場全壓分布以及積雪應(yīng)力的徑向分布情況。比較了三種工作參數(shù)變化對積雪軸向總應(yīng)力分布,積雪最大變形量和最大主應(yīng)變,以及對積雪氣楔和氣錘效應(yīng)的顯著性影響,并總結(jié)得到了氣流碎雪的最佳工作參數(shù)。(4)基于Fluent-EDEM耦合仿真,設(shè)計(jì)了氣流輸雪過程的模擬仿真試驗(yàn),包括模擬工況的設(shè)計(jì),仿真模型的建立,參數(shù)設(shè)置與邊界條件。總結(jié)了風(fēng)場風(fēng)速分布、風(fēng)壓分布、湍動(dòng)能分布的一般規(guī)律,分析了工作參數(shù)變化對風(fēng)場剪切風(fēng)速和湍動(dòng)能分布的影響。分析了積雪除凈率和入射角度及入射高度的關(guān)系,進(jìn)行了雪粒聚團(tuán)顆粒群運(yùn)動(dòng)特性分析,總結(jié)得到了氣流輸雪的最佳工作參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U418.41
【圖文】：

爹：＿■逡逑圖２．１雪花的形狀逡逑前人對于積雪中雪粒的黏聚狀態(tài)進(jìn)行了觀測，如圖２．２所示是Ｗａｋａｈａｍａ邋Ｇ等人［３７］逡逑在１９７９年將濕雪置于玻璃板處于０°Ｃ和－１°Ｃ下觀測，利用顯微鏡觀測得到的雪粒黏聚情逡逑況，這可以反映雪粒黏聚狀態(tài)主要是兩個(gè)及三個(gè)雪粒間的黏聚，伴隨著溫度的突變及雪逡逑粒間含水量的變化，可以導(dǎo)致更多雪粒的黏聚。從圖２．３中Ｋｅｅｌｅｒ邋Ｃ．Ｍ邋［３８］在２０１７年對雪逡逑樣中五種深度切片的顯微觀測結(jié)果看出不同深度的雪粒黏聚情況，可以發(fā)現(xiàn)雪粒黏聚狀逡逑態(tài)由雙雪�；蛉┝ｐぞ壑鸩桨l(fā)展到空間的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，隨著深度的增加，雪粒的樹枝狀逡逑棱邊逐漸消失，雪粒的粒性特征逐漸明顯，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)也得到明顯的發(fā)展和擴(kuò)張。而且，逡逑從Ｋｅｅｌｅｒ邋Ｃ．Ｍ后續(xù)的雪樣拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)也表明，空間鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是致密化后的積雪密度和逡逑強(qiáng)度得到顯著提升的主要原因。逡逑板狀壓雪的微觀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜

逑爹：＿■逡逑圖２．１雪花的形狀逡逑前人對于積雪中雪粒的黏聚狀態(tài)進(jìn)行了觀測，如圖２．２所示是Ｗａｋａｈａｍａ邋Ｇ等人［３７］逡逑在１９７９年將濕雪置于玻璃板處于０°Ｃ和－１°Ｃ下觀測，利用顯微鏡觀測得到的雪粒黏聚情逡逑況，這可以反映雪粒黏聚狀態(tài)主要是兩個(gè)及三個(gè)雪粒間的黏聚，伴隨著溫度的突變及雪逡逑粒間含水量的變化，可以導(dǎo)致更多雪粒的黏聚。從圖２．３中Ｋｅｅｌｅｒ邋Ｃ．Ｍ邋［３８］在２０１７年對雪逡逑樣中五種深度切片的顯微觀測結(jié)果看出不同深度的雪粒黏聚情況，可以發(fā)現(xiàn)雪粒黏聚狀逡逑態(tài)由雙雪�；蛉┝ｐぞ壑鸩桨l(fā)展到空間的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，隨著深度的增加，雪粒的樹枝狀逡逑棱邊逐漸消失，雪粒的粒性特征逐漸明顯，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)也得到明顯的發(fā)展和擴(kuò)張。而且，逡逑從Ｋｅｅｌｅｒ邋Ｃ．Ｍ后續(xù)的雪樣拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)也表明

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2717339