【摘 要】
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洗扫车作为当今时代最主要的环保工具,在带来整洁环境的同时也造成了严重的噪声污染和能源浪费,有悖于建设资源节约型和环境友好型社会的方针政策。鉴于此,“十三五”国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项6.2将高效气力输送系统的优化与开发列为重点研发子项目。气力输送系统主要是由离心风机、吸尘盘、集尘箱、管路以及风道等几部分组成。其中离心风机和吸尘盘是主要的噪声源,产生的气动噪声占整车噪声的绝大部分,因此,
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洗扫车作为当今时代最主要的环保工具,在带来整洁环境的同时也造成了严重的噪声污染和能源浪费,有悖于建设资源节约型和环境友好型社会的方针政策。鉴于此,“十三五”国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项6.2将高效气力输送系统的优化与开发列为重点研发子项目。气力输送系统主要是由离心风机、吸尘盘、集尘箱、管路以及风道等几部分组成。其中离心风机和吸尘盘是主要的噪声源,产生的气动噪声占整车噪声的绝大部分,因此,降低二者的气动噪声可有效降低整车噪声。由于气力输送系统结构复杂,管路较多,工作过程中会造成大量的能量损失,严重影响洗扫车的工作效率,故降低各组成部件的压力损失至关重要。鉴于此,本文主要从以下几方面对气力输送系统进行优化。(1)对离心风机的气动噪声进行优化。基于FLUENT软件和FW-H声比拟模型,对离心风机的气动噪声强度进行了计算。设计了一种新型蜗壳侧板结构——斜梯式侧板结构,重点研究了侧板倾角、蜗壳宽度以及蜗舌半径三个结构参数对风机气动噪声产生的综合影响。基于MATLAB软件,通过多项式拟合方法分别建立了三参数与风机效率、全压以及总声压级之间的函数关系,并结合多目标优化遗传算法对目标函数进行了优化分析。数值结果表明:侧板倾角对气动噪声的影响最为显著,在0°-6°范围内,倾角每增加1°,噪声可以降低0.6d B;合理地减小蜗壳宽度、增大蜗舌半径和侧板倾角能够在保持风机气动性能基本不变的前提下使得风机的总声压级降低8.7d B,基频噪声、二倍频噪声以及三倍频噪声分别降低11d B、18.2d B和7d B,降噪效果显著。(2)对吸尘盘的气动噪声进行优化。基于FLUENT软件和FW-H声比拟模型,对吸尘盘的气动噪声强度进行了计算。对吸尘盘增加肩部结构,重点研究了肩部夹角和上壁面倾角对吸尘盘气动噪声产生的综合影响。基于MATLAB软件,通过多项式拟合方法分别建立了两参数与吸尘盘全压以及总声压级之间的函数关系,并结合多目标优化遗传算法对目标函数进行了优化分析。数值结果表明:肩部夹角对气动噪声的影响较为显著,在0°-20°范围内,夹角每增加1°,噪声可以降低0.4d B;合理地增大肩部夹角,可以在降低能量损失的同时有效降低吸尘盘的气动噪声,最大降幅为6.2d B。(3)对集尘箱的气动性能进行优化。基于CFX软件首先探讨了挡板与集尘箱进气管出口间的距离对气流流动的影响,综合对比不同取值下,集尘箱内部的气流分布,将降低全压损失作为优化目标,最终选取H=200mm;在此基础上,继续探讨挡板的倾斜角度对气流分布的影响,研究表明:增大挡板的倾斜角度,压力损失变化不大,但漩涡强度却所有降低,由此确定γ=6°;为了使尘粒有足够的沉降空间和沉降时间,应该保证从进气管吸入的大部分含尘气流经挡板引流后,流入集尘箱尾部。鉴于此,本文继续对挡板的收缩角度进行优化,并根据集尘箱内部流速越小,沉降越好的原则,确定φ=140°。数值结果表明:优化后的集尘箱,压力损失降低了约14%,提高气动性能的同时极大节约了能源。综上所述,本文通过对气力输送系统的关键组成部件进行优化,使得气力系统的气动噪声最大降低了5.9d B,压力损失降低了约17%,全面提升了气力输送系统的工作性能。由此得出结论:合理地减小蜗壳宽度、增大蜗舌半径和侧板倾角能够在保持风机气动性能基本不变的前提下有效降低风机的气动噪声;斜梯式侧板结构可使压力脉动在不同时刻到达侧板壁面,产生一定的相位差,有效减弱了噪声在反射和传播过程中产生的干涉,具有良好的降噪效果;合理地增大肩部夹角能够在降低能量损失的同时有效降低吸尘盘的气动噪声;调整挡板与集尘箱进气管出口间的距离可以有效降低集尘箱的全压损失,增加挡板的倾斜角度可以降低挡板附近的漩涡强度。
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