图2泥块黏性与含水率之间的关系的大致趋势
2解决泥土堵塞喷嘴问题的原理及方案
上述分析表明,为使泥块不黏附于吸嘴流道壁面上,应将流道壁面附近泥土的含水率控制在图2所示的A区或B区。此时泥块的黏性小于临界黏性uc。显然,如果流经壁面附近的泥块含水率处于B区,将存在以下弊端:
(1)需水量大,造成水资源浪费;
(2)扫路车水箱容积较大,不利于整车设计;
(3)如果遇上地面的尘土很厚,泥块的实际含水率会降低,可能离开B区,致使泥块的实际黏性大于临界黏性uc,造成流道堵塞,也就是说,这个区域的含水率是不稳定的。
因此,应该将流过流道近壁区域的泥块的含水率控制在A区。但是,实际上如果整个流道的泥土的含水率全部控制在A区,也是不行的,这样会造成扫路车扬尘大,导致对环境的二次污染,因此在吸嘴流道中心部位的泥块湿度应该以尽量满足降尘要求为准。
所以,要想有效减少促成泥块粘上壁面的因素,必须合理控制水在吸嘴内部的空间分布和速度分布:将流经流道近壁的尘土的含水率减小,使泥块的黏性处于临界黏性uc以下,从而使泥块不黏附于流道壁面,使吸嘴流道中心部位的尘土的含水率适当大一些,以满足有效压尘的目的。
目前,安装在湿扫车吸嘴流道内部的喷嘴一般都是夹缝式喷嘴(也称扇形喷嘴),这种喷嘴的工作特征是:水离开喷嘴夹缝时呈膜状,在表面张力和气动力的作用下,水膜裂成水滴群,水滴群分布在扇形平面内。为了避免喷嘴被吸嘴吸入的沙石等硬物损坏,一般使喷嘴的出口较流道内壁面低一些,并且为了增加水雾与来流的接触面积,都使扇形水雾平面与来流方向垂直。
这样势必造成这种现象:水雾离开喷嘴后很容易受来流的影响,在气流中的穿透能力很弱;尤其是在来流速度很高的情况下,水雾离开喷嘴后很快就被带向下游,造成喷嘴下游的近壁区域内尘土含水率很高,处于图2中的B区,而流道中心部位的尘土比较干燥。在更远的下游,由于湍流脉动作用,流道中心部位的较干燥尘土进入壁面附近,使得近壁区的泥土含水率下降、黏性增加,一旦粘度超过临界黏度uc,泥块就会黏附在流道壁面上。特别是路面尘土较多时,很快就会堵塞吸嘴流道。
对此,我们设计了一款应用于吸嘴的改进的喷水装置,如图3所示。在环管上开数个孔(孔并不一定沿圆周均匀分布),孔与气流方向有特定的夹角。孔数、孔径、孔沿圆周的分布规律和喷水的初始方向需视吸嘴的具体结构而定。
图3改进的吸嘴喷水装置
3试验验证结果
为了验证这种改进的喷水装置对吸嘴的抗堵塞效果,我们进行了对比试验。将相同的两个吸嘴,一个使用传统的扇形喷嘴,另一个使用改进的喷水装置,分别安装在同一辆扫路车上,在两者喷水量相同的条件下,在相同的路段、相同的工况下进行试验。
经过多次对比试验发现:装有改进喷水装置的吸嘴一次也没有出现泥土堵塞流道的故障;而装有传统扇形喷嘴的吸嘴曾出现过数次堵塞故障。试验结果表明,改进的喷水装置确有改善吸嘴抗泥土堵塞的能力,之所以如此,结合试验现象,我们分析其原因在于:水从改进喷水装置上的孔里喷出时呈柱状,这种柱状水雾具有很强的气流穿透能力,周向分布的数道水柱迎向气流,到达流道中心部位后,在气流的气动力以及表面张力作用下,连续的水柱碎裂成离散的细小水滴,使流道中心部位的尘土变成较湿的泥块,而流道四周近壁部分仍然是干燥的尘土。在流道较远的下游,由于湍流脉动作用,中间部位的湿泥块会碰向流道内壁,但是由于泥块要穿过壁面附近的干尘土区,干尘土会裹在泥块周围,降低泥块的黏性,使泥块不能黏附上流道内壁,达到克服流道堵塞故障的目的。
4结论
(1)在湿扫型扫路车的吸嘴流道中,使流道的中心部位的尘土含水率大一些、近壁区尘土的含水率尽量小一些,这种喷水的空间分布设计对吸嘴抗泥土堵塞的能力是有积极作用的。
(2)在喷水量适当的情况下,改进的喷水装置较传统的扇形喷嘴能使吸嘴具有更好的抗泥土堵塞能力。
(3)在设计湿扫型扫路车吸嘴时,采用上述改进的喷水装置,并合理选择设计参数,对吸嘴的抗泥土堵塞是很有利的。
参考文献
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