【摘要】：城市化建設(shè)、自然因素以及人們?nèi)粘Ｉ钏斐傻奈廴狙该图涌?使得利用道路清掃車進(jìn)行路面保潔成為必然發(fā)展趨勢(shì)。氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)流場(chǎng)特性的優(yōu)劣直接決定了清掃車的吸塵性能,因此本文對(duì)其進(jìn)行了研究。主要工作如下:介紹了路面塵粒的物理特性、運(yùn)動(dòng)(起動(dòng)、懸浮、沉降)機(jī)理,進(jìn)一步理解了塵粒與氣流之間的作用規(guī)律。推導(dǎo)出了塵粒起動(dòng)速度、懸浮速度、沉降速度等與塵粒粒徑間的關(guān)系,為后續(xù)仿真分析提供了理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。介紹了氣力輸送系統(tǒng)的建模過(guò)程,考慮到吸嘴入口處邊界條件無(wú)法確定,在吸嘴前后左右處分別建立了相應(yīng)的擴(kuò)展區(qū)。為保證所建立擴(kuò)展區(qū)的有效性和計(jì)算的高效性,對(duì)擴(kuò)展區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了探討,最后確定了擴(kuò)展區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)比分析了吸嘴拓展區(qū)過(guò)渡處結(jié)構(gòu)形式對(duì)氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)流場(chǎng)的影響,結(jié)果表明圓弧過(guò)渡的結(jié)構(gòu)形式能有效抑制過(guò)渡區(qū)渦流現(xiàn)象、改善吸嘴內(nèi)流場(chǎng)分布。研究了風(fēng)機(jī)功率對(duì)氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)流場(chǎng)特性的影響規(guī)律。確定了氣力輸送系統(tǒng)的七個(gè)設(shè)計(jì)變量后,建立了L_(50)(5~7)仿真正交試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明:各設(shè)計(jì)變量(吸管直徑D、吸管間距L_1、吸嘴核心區(qū)寬度B_1、吸嘴拓展區(qū)高度H_1、吸嘴核心區(qū)肩部高度H_2、吸嘴肩部斜角α_1及吸嘴中間部分斜角α_2)與目標(biāo)變量(吸嘴前進(jìn)氣面氣流平均速度V_f、吸嘴核心區(qū)近地面氣流平均速度V_0、吸嘴入口塵物集中區(qū)氣流平均速度與V_0的偏差ζ、吸管內(nèi)部截面處氣流平均速度V_1和吸嘴核心區(qū)近地面與吸管內(nèi)部截面間壓力降ΔP)間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,為保證各目標(biāo)變量均取得預(yù)期值,需均衡各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸塵性能的影響。建立了三種近似模型方案下五個(gè)目標(biāo)變量的近似模型,結(jié)果表明只有用響應(yīng)面模型方案建立的近似模型滿足精度要求。選擇將多島遺傳算法與序列二次規(guī)劃算法進(jìn)行結(jié)合的組合算法,對(duì)氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果分析表明:各目標(biāo)變量均得到了優(yōu)化,最小的優(yōu)化比例為4.789%,最大的為63.131%,且關(guān)鍵位置處的氣流分布更為均勻。優(yōu)化后的模型可吸起密度為3000kg/m~3、粒徑為30mm的沙石。本文所提出的氣力輸送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路(模型建立、邊界條件的確定、參數(shù)化建模、近似模型的創(chuàng)建、多目標(biāo)優(yōu)化、多相流驗(yàn)證)可用于指導(dǎo)氣力輸送系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)。
【圖文】：

重威脅到了人們的健康生活，也增加了城市環(huán)境治理的難度，圖 1-1 為北京市上空霧霾[1]。研究表明[1, 2]：城市空氣污染的主要源頭是可吸入顆粒物污染（PM10），可在大氣中存留 7~30 天，可長(zhǎng)距離傳輸，進(jìn)而造成大范圍空氣污染。早產(chǎn)兒吸入 PM10 的塵粒會(huì)出現(xiàn)各種呼吸道疾�。ㄟ^(guò)敏，哮喘，肺氣腫等）甚至死亡，而PM10 濃度過(guò)大會(huì)嚴(yán)重危害全人類的身體健康甚至導(dǎo)致死亡[3]。城市大氣中可吸入顆粒物主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面[4]：①煤炭燃燒：部分工業(yè)品的生產(chǎn)、春冬季北方的集中供暖等都需要燃燒煤炭，燃燒過(guò)程中會(huì)有煙塵、粉塵等的排放。②城市建設(shè)：房屋建設(shè)、市政建筑施工等過(guò)程中形成的顆粒物揚(yáng)塵。③交通運(yùn)輸：車輛行駛時(shí)排放的尾氣中含有的固體懸浮物，車輛行駛過(guò)程中從車輛上脫落的顆粒物和車輛行駛過(guò)程中人為拋出的顆粒物等。④日常生活：人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的顆粒物垃圾，在外力帶動(dòng)作用下會(huì)進(jìn)入空氣流，增加了空氣中可吸入的顆粒物。⑤自然因素：渣土堆場(chǎng)、裸露地面塵土等在風(fēng)力作用下形成的揚(yáng)塵，大自然中的植物花粉、生物氣溶膠及海鹽粒子等顆粒物。

有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示[5]：截至 2017 年年末，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量為 3.10 億輛，其中 2.17 億輛為汽車，汽車保有量超過(guò) 100 萬(wàn)輛的有 53 個(gè)城市，超過(guò) 200 萬(wàn)輛的有 24 個(gè)城市，，超過(guò) 300 萬(wàn)輛的有 7 個(gè)城市。此外，據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)顯示[6]：2011~2016 年這六年里中國(guó)公路里程數(shù)和公路密度均呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，2016 年年末全國(guó)公路總里程數(shù)到達(dá) 469.63 萬(wàn)公里（見(jiàn)圖 1-2）。公路建設(shè)的逐年增長(zhǎng)和汽車隊(duì)伍的日益龐大使得以上顆粒物來(lái)源中，交通運(yùn)輸占據(jù)主要源頭。此外路面垃圾若不及時(shí)清理，會(huì)使得汽車爆胎率和制動(dòng)距離急劇增加，由此引發(fā)更多的交通事故。因此如何實(shí)現(xiàn)城市道路的高效、高質(zhì)量保潔顯得尤為重要，尤其在我國(guó)這樣一個(gè)人口大國(guó)。50052萬(wàn)公里
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.691

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本文編號(hào)：2602749