地鐵軌間區(qū)域吹吸式清掃工作狀況的仿真研究

郭員暢，章易程，張鳴鳳，許彬，吳強(qiáng)運(yùn)

地鐵軌間區(qū)域吹吸式清掃工作狀況的仿真研究

郭員暢1，章易程1，張鳴鳳2，許彬1，吳強(qiáng)運(yùn)1

(1. 中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2. 北京汽車(chē)集團(tuán)越野車(chē)有限公司，北京 101300)

為研究不同工作狀況對(duì)地鐵軌間區(qū)域吹吸式清掃性能的影響，采用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)吹吸式清掃流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)合氣固兩相流模型分析地鐵清掃車(chē)行駛速度對(duì)清掃性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，研究中心排水溝和應(yīng)答器等道床設(shè)施對(duì)吹吸式清掃流場(chǎng)的影響。研究結(jié)果表明：地鐵清掃車(chē)工作時(shí)的行駛速度在不大于10 km/h范圍內(nèi)增大有利于提高清掃效率；中心排水溝的設(shè)置使得清掃流場(chǎng)的近地面平均速度和吸嘴出口平均速度減小，從而導(dǎo)致吹吸式清掃方式對(duì)中心排水溝的清掃性能降低；地鐵清掃車(chē)工作于設(shè)置有應(yīng)答器的區(qū)域時(shí)，應(yīng)答器與吹、吸嘴的相對(duì)位置會(huì)對(duì)清掃性能產(chǎn)生影響，且清掃性能在應(yīng)答器的封閉角處明顯下降。

吹吸式清掃；工作狀況；軌間區(qū)域；計(jì)算流體力學(xué)；氣固兩相流；動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)

隨著城市地鐵的快速發(fā)展，地鐵的運(yùn)營(yíng)里程不斷增加，對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)環(huán)境也提出了更高的要求，由于特殊的工作環(huán)境，地鐵隧道內(nèi)粉塵等垃圾容易堆積，極大地影響行車(chē)與乘客的安全。因此，需要針對(duì)地鐵軌間區(qū)域的清掃方式進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研究，其中，真空吸塵系統(tǒng)便為地鐵軌道的清掃提供了有效的方式。在真空吸塵系統(tǒng)的研究中，WU等[1?4]國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)單一吸塵口的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)清掃性能的影響進(jìn)行研究。但是采用單一吸塵口的清掃方式，難以保證清掃效率。為此，部分學(xué)者提出了吹吸聯(lián)動(dòng)組合的清掃方式，郭關(guān)柱[5]提出一種吹吸循環(huán)清掃裝置，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吹嘴和吸嘴之間的射流角度為60°時(shí)清掃效果最好。張靈等[6?7]經(jīng)過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)吹吸風(fēng)量、風(fēng)速和風(fēng)口距離、尺寸的最佳組合值，并提出一種改進(jìn)的吹吸風(fēng)口過(guò)度面為流線型曲面的方案。郗元等[8?9]分析了L型反吹式吸嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)和清掃車(chē)的運(yùn)行參數(shù)對(duì)清掃性能的影響。張鳴鳳等[10]提出了一種新型的針對(duì)地鐵軌間區(qū)域的吹吸式清掃，并通過(guò)仿真分析優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)參數(shù)。然而，上述研究并沒(méi)有考慮清掃環(huán)境對(duì)清掃性能的影響，同時(shí)，對(duì)新型吹吸式清掃，沒(méi)有研究如地鐵清掃車(chē)行駛速度等運(yùn)行參數(shù)對(duì)清掃性能的影響。本文運(yùn)用CFD數(shù)值仿真技術(shù)，針對(duì)新型的軌間區(qū)域吹吸式清掃，研究地鐵清掃車(chē)行駛速度對(duì)清掃性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，分析如中心排水溝和應(yīng)答器等主要地鐵道床設(shè)施對(duì)運(yùn)動(dòng)中的吹吸式清掃流場(chǎng)的影響，從而全方面分析工作狀況對(duì)清掃性能的影響結(jié)果。

1 物理模型與網(wǎng)格劃分

1.1 吹吸式地鐵軌間區(qū)域清掃方式

吹吸式地鐵軌間區(qū)域清掃方式結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一組相對(duì)設(shè)置的吹嘴和吸嘴，其中，吹嘴的上端與地鐵清掃車(chē)的吹風(fēng)裝置連接，吸嘴上端與地鐵清掃車(chē)的抽風(fēng)裝置連接，來(lái)自吹風(fēng)裝置的高速氣流經(jīng)吹嘴噴向地鐵軌道[11]之間的區(qū)域，將軌間區(qū)域內(nèi)的垃圾吹起，再由抽風(fēng)裝置提供的負(fù)壓將垃圾隨氣流吸入吸嘴之中，吸入的垃圾最終進(jìn)入地鐵清掃車(chē)的集塵裝置中[10, 12]。根據(jù)文獻(xiàn)[10]，為獲得較好的清掃效果，以優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)為研究對(duì)象，吹嘴和吸嘴的結(jié)構(gòu)和位置參數(shù)如表1所示。

(a) 結(jié)構(gòu)參數(shù)；(b) 位置參數(shù)

為了使得流場(chǎng)內(nèi)的氣體充分發(fā)展，讓計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，通常在計(jì)算流場(chǎng)的周?chē)砑舆m當(dāng)?shù)臄U(kuò)展域，使氣體的流動(dòng)更符合實(shí)際情況[13]。其添加擴(kuò)展域后模型如圖2所示。

圖2 流場(chǎng)計(jì)算域結(jié)構(gòu)圖

表1 吹、吸嘴主要參數(shù)尺寸

吹吸式清掃的流場(chǎng)計(jì)算域關(guān)于軌道縱向中心面對(duì)稱，為了提高計(jì)算效率，取其一半的模型進(jìn)行分析，由于其結(jié)構(gòu)不規(guī)則，尤其是靠近軌道側(cè)處模型曲率較大，而非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以更好地適應(yīng)不規(guī)則模型區(qū)域，因此運(yùn)用ANSYS Meshing網(wǎng)格劃分組件對(duì)模型進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分，計(jì)算網(wǎng)格如圖3所示，其網(wǎng)格數(shù)為521 319，網(wǎng)格單元最大畸變度為0.846 65，平均畸變度為0.256 5，網(wǎng)格最大正交程度質(zhì)量為0.995 61，平均正交程度質(zhì)量為0.844 38，網(wǎng)格質(zhì)量符合仿真要求。

圖3 流場(chǎng)網(wǎng)格模型

1.2 中心排水溝模型

中心排水溝[14]的寬度為760 mm，深度為400 mm。為了研究吹嘴和吸嘴完全處于中心排水溝上方時(shí)清掃流場(chǎng)的特性，將中心排水溝的長(zhǎng)度設(shè)置為1 000 mm，如圖4所示。為了便于仿真計(jì)算，將吹、吸嘴對(duì)于中心排水溝的相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行呐潘疁蠈?duì)于吹、吸嘴的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，定義中心排水溝區(qū)域?yàn)檫\(yùn)動(dòng)域，并定義中心排水溝靠近吸嘴的一側(cè)端面為排水溝前端面，將排水溝前端面到吸嘴的距離定義為L，定義作業(yè)方向?yàn)樨?fù)方向，同時(shí)，排水溝前端面剛好處于吸嘴下方時(shí)L定義為0。為了保證仿真結(jié)果更加符合實(shí)際情況，將吸嘴和吹嘴的下部擴(kuò)展區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大。采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，為了便于顯示道床設(shè)施在清掃流場(chǎng)中的網(wǎng)格劃分，取其對(duì)稱面網(wǎng)格模型，如圖5所示，但是在仿真計(jì)算中采用的是全網(wǎng)格模型。

圖4 吹、吸嘴與中心排水溝的初始位置

圖5 含中心排水溝的流場(chǎng)網(wǎng)格模型

1.3 應(yīng)答器模型

應(yīng)答器[14]安裝于2軌道的中間，距離軌道側(cè)的距離為140 mm，長(zhǎng)200 mm，寬390 mm，如圖6所示。同樣將應(yīng)答器區(qū)域定義為運(yùn)動(dòng)域，并定義應(yīng)答器靠近吸嘴的一側(cè)端面為應(yīng)答器前端面。將應(yīng)答器前端面到吸嘴的距離定義為L，將作業(yè)方向定義為負(fù)方向，同時(shí)，應(yīng)答器前端面剛好處于吸嘴下方時(shí)L定義為0。采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其網(wǎng)格模型如圖7所示。

圖6 吹、吸嘴與應(yīng)答器的初始位置

圖7 含應(yīng)答器的流場(chǎng)網(wǎng)格模型

2 數(shù)值計(jì)算方法

2.1 流場(chǎng)算法與邊界條件

吹嘴入口采用質(zhì)量流量入口，空氣流量值為4.6 kg/s。吸嘴出口采用壓強(qiáng)出口，設(shè)置相對(duì)壓強(qiáng)為?2 300 Pa。與大氣連通的擴(kuò)展域表面設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)。為了模擬地鐵清掃車(chē)的行駛狀況，吹、吸嘴的壁面設(shè)為移動(dòng)壁面，其余壁面設(shè)為無(wú)滑移壁面。由于清掃流場(chǎng)內(nèi)部包含流動(dòng)的氣體以及隨氣體運(yùn)動(dòng)的垃圾顆粒，所以流場(chǎng)特征為氣固兩相混合流，計(jì)算時(shí)多采用歐拉?拉格朗日模型，采用DPM模型對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算。設(shè)置射流源為面射流源，入射面為軌間區(qū)域擴(kuò)展域的底面，吸嘴出口設(shè)置為顆粒捕捉面，顆粒類(lèi)型設(shè)為慣性顆粒，材料為鐵屑，鐵屑直徑設(shè)置為3 mm，顆粒流量設(shè)置為0.5 kg/s。

采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散，由于吹吸式清掃流場(chǎng)內(nèi)部的氣體流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，屬于強(qiáng)旋流的湍流形式[15]，所以其計(jì)算模型采用Realizable?方程。采用基于壓力的隱式求解，采用二階迎風(fēng)格式處理離散相，對(duì)行駛速度的計(jì)算模型，采用Simple算法進(jìn)行瞬態(tài)求解，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為0.01 s，對(duì)中心排水溝和應(yīng)答器計(jì)算模型，為減少計(jì)算高度扭曲網(wǎng)格時(shí)所遇到的收斂性困難，采用PISO算法進(jìn)行瞬態(tài)求解[16]，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為0.005 s。

為了防止局部網(wǎng)格產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，采用彈性光順?lè)ê途植烤W(wǎng)格重構(gòu)法進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格更新。利用UDF中的DEFINE_CG_MOTION宏定義道床設(shè)施區(qū)域的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)區(qū)域與靜止區(qū)域之間交界面的信息交換通過(guò)滑移網(wǎng)格來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 塵粒啟動(dòng)速度

式中：為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；為塵粒密度；為顆粒直徑；為重力加速度。

根據(jù)式(1)和朱伏龍[19]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直徑小于3 mm的鐵屑?jí)m粒的啟動(dòng)最大速度為20 m/s。

3 運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)塵粒啟動(dòng)理論，只有近地面氣流速度大于塵粒啟動(dòng)速度時(shí)，塵粒才能被吹起，而吸嘴的出口速度決定著吸入的塵粒能否順利進(jìn)入集塵裝置，同時(shí)，清掃效率是評(píng)價(jià)清掃車(chē)性能的主要指標(biāo)[20]，其計(jì)算如式(2)：

式中：為清掃效率；1為注入的總顆粒數(shù)量；2為吸嘴出口捕捉的顆粒數(shù)。

為此，選擇吸嘴出口平均速度、近地面平均速度和清掃效率作為評(píng)價(jià)吹吸式清掃性能的指標(biāo)。

3.1 行駛速度對(duì)清掃性能的影響

地鐵清掃車(chē)在工作時(shí)與垃圾具有一定的相對(duì)速度。過(guò)快的清掃車(chē)行駛速度使得垃圾還未清掃干凈，清掃車(chē)已經(jīng)駛離該區(qū)域，降低清掃性能，過(guò)慢的行駛速度則會(huì)導(dǎo)致工作效率降低。圖8所示為吹吸式清掃工作時(shí)內(nèi)部氣體速度流線圖，可以看出吹嘴吹出的氣流在軌間區(qū)域形成密閉氣幕，同時(shí)在吸嘴負(fù)壓的作用下，攜塵氣流被吸入吸嘴內(nèi)部。

圖8 吹吸式清掃流場(chǎng)速度流線圖

地鐵清掃車(chē)行駛速度與評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)系曲線如圖9所示。隨著地鐵清掃車(chē)行駛速度的增加，近地面平均速度、吸嘴出口平均速度幾乎無(wú)明顯變化。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于：雖然氣體吹出吸嘴后會(huì)因地鐵清掃車(chē)的行駛所帶來(lái)的慣性而速度增加，但空氣受慣性的影響較小，從吹嘴出口吹出的氣體主要受吹嘴入口流量的控制。因此，近地面平均速度和吸嘴出口平均速度幾乎無(wú)明顯變化。

反觀清掃效率的變化曲線，當(dāng)行駛速度低于10 km/h時(shí)，清掃效率隨著行駛速度的逐漸增大而增大，隨著行駛速度的進(jìn)一步增大，清掃效率開(kāi)始逐漸降低。其原因在于：當(dāng)行駛速度小于10 km/h時(shí)，適當(dāng)增加清掃車(chē)的行駛速度，使得鐵屑與吸嘴的相對(duì)速度增加，更多的鐵屑顆粒向吸嘴方向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致吸嘴吸入的顆粒數(shù)增加，從而提高清掃效率。

當(dāng)行駛速度大于10 km/h時(shí)，繼續(xù)提高行駛速度，鐵屑受慣性的影響較大，使得部分鐵屑相互碰撞后，相繼由擴(kuò)展區(qū)處逃出，吸嘴吸入的顆粒數(shù)減少，如圖10所示。因此，清掃效率開(kāi)始降低。

圖9 地鐵清掃車(chē)行駛速度對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

圖10 行駛速度15 km/h的顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡

4 道床設(shè)施的計(jì)算結(jié)果與分析

為達(dá)到最好的清掃效果，對(duì)道床設(shè)施仿真計(jì)算，以優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)為邊界條件，即地鐵清掃車(chē)以10 km/h的行駛速度清掃軌間區(qū)域與道床設(shè)施。

4.1 中心排水溝對(duì)清掃性能的影響

中心排水溝前端面到吸嘴的距離L對(duì)速度的影響如圖11所示。隨著排水溝前端面與吸嘴的距離L的增加，近地面平均速度與吸嘴出口平均速度均出現(xiàn)先減小再增大、再減小再增大，最后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。

圖11 中心排水溝到吸嘴的距離對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于：當(dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L小于0時(shí)，由于排水溝的前端面與吸嘴還未交會(huì)，吹吸式清掃流場(chǎng)的各進(jìn)氣面積基本不變，流場(chǎng)內(nèi)的氣流流量變化較小，因此近地面平均速度改變量不大。由于排水溝區(qū)域逐漸靠近吸嘴，使得吹嘴吹出的氣流進(jìn)入排水溝的流量增大，而吸入吸嘴的氣體流量減小，吸嘴出口平均速度減??；當(dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L在0~0.3 m時(shí)，吸嘴開(kāi)始進(jìn)入排水溝區(qū)域，隨著L的增加，清掃流場(chǎng)的中間擴(kuò)展區(qū)的進(jìn)氣面積突然增大，導(dǎo)致近地面平均速度減小。流場(chǎng)總進(jìn)氣面積的增大，使得總進(jìn)氣量增加，而吸嘴出口的面積不變，使得吸嘴出口平均速度增加；當(dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L在0.3~0.68 m時(shí)，吸嘴處于排水溝區(qū)域，吹嘴逐漸靠近排水溝還未與其交會(huì)，雖然排水溝區(qū)域?qū)е轮虚g擴(kuò)展域的進(jìn)氣面積增加，但是更多氣流從吹嘴處吹來(lái)，使得近地面平均速度增加，同時(shí)，更多吹向排水溝的氣流也阻礙了部分進(jìn)入吸嘴的氣流，導(dǎo)致吸嘴出口平均速度下降；當(dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L在0.68~1.0 m時(shí)，吹嘴開(kāi)始進(jìn)入排水溝區(qū)域，隨著L的增加，吸嘴和吹嘴完全處于排水溝區(qū)域，吹嘴吹出的氣體更多的流入排水溝內(nèi)，如圖13所示，造成大量氣體流量損失，因此近地面平均速度和吸嘴出口平均速度均減?。划?dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L在1.0~1.55 m時(shí)，吹嘴開(kāi)始脫離排水溝區(qū)域，中間擴(kuò)展區(qū)的進(jìn)氣面積開(kāi)始減小，整體流場(chǎng)的流量損失逐漸減小，因此近地面平均速度和吸嘴出口平均速度增加；當(dāng)排水溝前端面與吸嘴的距離L大于1.55 m時(shí)，吹嘴和吸嘴完全脫離排水溝，清掃流場(chǎng)的各進(jìn)氣量不再發(fā)生變化，因此近地面平均速度和吸嘴出口平均速度幾乎無(wú)明顯變化。

圖12 含中心排水溝的前后對(duì)稱面速度云圖

從圖11和圖12可以看出，在吹嘴和吸嘴進(jìn)入排水溝區(qū)域后，近地面平均速度和吸嘴出口平均速度總體上均有下降的趨勢(shì)，尤其是吹嘴和吸嘴完全處于排水溝區(qū)域內(nèi)時(shí)，近地面平均速度和吸嘴出口平均速度顯著下降，并達(dá)到最低值。并且，在排水溝的角落處，氣流的流速最低。

4.2 應(yīng)答器對(duì)清掃性能的影響

圖13為應(yīng)答器前端面到吸嘴的距離L對(duì)速度的影響。隨著應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L的增加，近地面平均速度呈現(xiàn)出先減小再增大再減小，最后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象；吸嘴出口平均速度呈現(xiàn)出先減小后增大，最后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。

圖13 應(yīng)答器到吸嘴的距離對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于：當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L小于0時(shí)，應(yīng)答器還未與吸嘴交會(huì)，隨著L的增加，應(yīng)答器對(duì)清掃流場(chǎng)中吸嘴的進(jìn)氣量干擾作用增大，使得流場(chǎng)的進(jìn)氣量減小，近地面平均速度和吸嘴出口平均速度均減??；當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L在0~0.2 m時(shí)，應(yīng)答器逐漸進(jìn)入吹、吸嘴之間區(qū)域，應(yīng)答器對(duì)吸嘴進(jìn)氣量的干擾作用更大，使得吸嘴出口平均速度顯著減小，同時(shí)，應(yīng)答器的存在也嚴(yán)重阻礙了來(lái)自吹嘴的氣流，使得近地面氣流需要繞過(guò)應(yīng)答器區(qū)域，導(dǎo)致近地面平均速度減??；當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L在0.2~0.55 m時(shí)，應(yīng)答器完全處于吹、吸嘴之間，隨著L的增加，應(yīng)答器逐漸遠(yuǎn)離吸嘴，從而減少對(duì)進(jìn)氣量的干擾，使得吸嘴出口平均速度增大，同時(shí)，由于應(yīng)答器的存在，導(dǎo)致擴(kuò)展域內(nèi)近地面氣流的橫截面積減小，在吹嘴吹出氣體流量一定的情況下，近地面平均速度必然增大，并且由于應(yīng)答器逐漸靠近吹嘴，吹嘴吹出的部分氣流直接流過(guò)應(yīng)答器上部，其速度云圖如圖14(a)，因此近地面平均速度顯著增大；當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L在0.55~0.72 m時(shí)，應(yīng)答器前端面逐漸靠近吹嘴直至與吹嘴交會(huì)，吹嘴吹出的更多氣流直接流過(guò)應(yīng)答器上部，而只有少部分的靠近吹嘴的近地面氣流橫截面積減小，其速度云圖如圖14(b)，所以相比于應(yīng)答器距離吹嘴較遠(yuǎn)時(shí)，近地面平均速度有一定的下降，而此時(shí)應(yīng)答器距離吸嘴距離較遠(yuǎn)，對(duì)吸嘴進(jìn)氣量基本無(wú)影響，因而吸嘴出口平均速度基本不變；當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L在0.72~0.92 m時(shí)，應(yīng)答器逐漸離開(kāi)吹、吸嘴之間區(qū)域時(shí)，應(yīng)答器對(duì)吹嘴吹出的氣流的干擾越來(lái)越小，導(dǎo)致近地面平均氣流適當(dāng)增大，從而使得吹嘴吹出的氣流更容易被吸嘴吸入，吸嘴出口平均速度也相應(yīng)增加；當(dāng)應(yīng)答器前端面與吸嘴的距離L大于0.92 m時(shí)，應(yīng)答器完全脫離吹、吸嘴之間區(qū)域，對(duì)清掃流場(chǎng)幾乎不產(chǎn)生任何影響，故近地面平均速度和吹嘴出口平均速度基本不變。

(a) 應(yīng)答器位于吸嘴附近；(b) 應(yīng)答器位于吹嘴附近

從圖13和圖14可以看出，在應(yīng)答器進(jìn)入吹、吸嘴之間區(qū)域后，近地面平均速度和吸嘴出口平均速度總體上均有減小的趨勢(shì)，并且，在應(yīng)答器恰好完全進(jìn)入吹、吸嘴之間區(qū)域時(shí)，2速度同時(shí)下降到最低值，此時(shí)，吹吸式清掃方式的清掃性能下降最為明顯。同時(shí)，在應(yīng)答器的封閉角處，近地面氣流的流速低于20 m/s的塵粒啟動(dòng)速度，導(dǎo)致該處的塵粒難以吹起。

5 結(jié)論

1) 地鐵清掃車(chē)的行駛速度對(duì)清掃效率的影響較大，而對(duì)近地面平均速度和吹嘴出口平均速度的影響幾乎可以忽略不記。同時(shí)，在行駛速度為10 km/h的工況下吹吸式清掃方式的清掃效率最高。

2) 中心排水溝會(huì)對(duì)吹吸式清掃性能產(chǎn)生影響，當(dāng)吹吸式清掃方式工作于中心排水溝上方時(shí)，近地面平均速度和吹嘴出口平均速度均減小，降低排水溝處的清掃性能。

3) 吹吸式清掃方式在設(shè)置有應(yīng)答器的區(qū)域內(nèi)作業(yè)時(shí)，應(yīng)答器與吹、吸嘴的相對(duì)的位置對(duì)清掃性能產(chǎn)生一定的影響，且在其封閉角處清掃性能顯著降低。

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Simulation study on the working conditions of blow-suction cleaning between subway-rails

GUO Yuanchang1, ZHANG Yicheng1, ZHANG Mingfeng2, XU Bin1, WU Qiangyun1

(1. School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China; 2. BAIC Group Off-road Vehicle Co. Ltd, Beijing 101300, China)

In order to study the influence of different working conditions on the performance of blow-suction cleaning between subway-rails, the computational fluid dynamics method was applied to simulate the blowing-suction cleaning flow field, the influence rules of subway sweeping speed on cleaning performance was analyzed combined with gas-solid two phase flow model. Based on these rules, the dynamic grid technique was used to analyze the effect of subway channel equipment such as central ditch and transponder on the cleaning flow field. The main results are as follows. The driving speed of the subway sweeper increases within a range of no more than 10 km/h, which is beneficial to improve the cleaning efficiency. The setting of central drain leads to a decrease in the average airflow velocity near ground and the average airflow speed of suction mouth outlet in the cleaning flow field, which results in decline in cleaning performance of the blowing-suction cleaning for the drain. When subway sweeper works in a area where transponder is installed, the relative position of it to blow mouth and suction mouth affects the cleaning performance, and the cleaning performance evident declines at the closed corners of transponder.

blow-suction cleaning; working conditions; area between two rails; computational fluid dynamics; gas-solid two phase flow; dynamic grid technique

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20190851

U216.1

A

1672 ? 7029(2020)07 ? 1857 ? 08

2019?09?21

中南大學(xué)2018年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)師生共創(chuàng)資助項(xiàng)目(2018gczd025)

章易程(1965?)，男，湖南長(zhǎng)沙人，副教授，博士，從事環(huán)保裝備、流體機(jī)械、非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)等研究；E?mail：yczhang@csu.edu.cn

(編輯 蔣學(xué)東)