据有限差分计算方法,还需将边界内的速度流场划分成正方形网格。据不同的精度要求,同一流场的网格可以大小不一,因为我们主要关心的是吸口附近及内部流线形状,所以,在吸口断面上,为选取较多的流函数值,网格划分要比其它区域密集得多,见图1。由流场边界条件和内部网格划分,可列出流场内各格点的流函数值,共是52个方程的方程组。通过计算机,经过35次迭代后,求得各点的值,见附表。
把流函数值相同的点连接起来,便是吸口的气流流线,见图2。
图2吸口气流流线
从图2看出,吸口靠近吸气端界面EDF上,流线曲率变化较大,离界面越远,流线也就平坦,因此,在设计吸口形状时,为减少阻力损失,应尽量使吸口形状与流线走势相一致。
附表 流场内各格点的流函数值
2吸口速度变化分析
对吸口,我们不仅关心速度流线的分布规律,而且更关心吸口附近速度变化规律。
为使吸口达到收尘目的,地面垃圾距吸风口x处的风速Vx必须大于垃圾的悬浮速度ust,由于路面垃圾种类不同,ust值相差很大。垃圾重度越大,悬浮速度ust值也就越大,相应地Vx值也就越大。因此在设计时,必须慎重地选取Vx值大小,Vx值选取过大,风量也就很大,造成整机重量增大,风道磨损加剧。Vx选取过小,则达不到收集目的。
但Vx与我们平时所说清扫车风速V0不同,风速V0指的是圆形风道的平均风速,见图3。经对国外真空式清扫车有关数据整理后发现,平均风速V0一般在40~60m/s,最高可达100m/s。
图3吸口速度分析
由于吸口周围的空气流动是吸入流动,当吸口强制吸走空气时,吸口附近便形成负压,周围空气从里面向吸口流动。当吸风口面积很小时,可认为空气集中流向吸风口的中心点,然后在这一点将空气吸走,该中心点叫做极点。如图3中的O点,设吸口的吸风量Q,当距极点的距离x与吸风口直径d0比值x/d0≥115时,此处的空气流速Vx可用下列公式表示
式中:β为吸口立体角。
因为Vx不仅与距离x有关,而且还与吸风口面积大小有关,当x/d0≤115时,Vx与V0有下列关系式
式中:F为吸风口面积。
由式(3)、(4)看出,速度Vx与距离平方成反比,由于是吸入流动,速度衰减很快。
因此,尽可能使吸口靠近地面,以提高吸风效果。
因受吸口结构形状,尺寸大小的影响,由式(3)、(4)求得的Vx与实际有一定的误差,所以在涉及到定量分析时,还必须用试验方法求得速度值的大小。
图4是根据试验所得的流线线谱,从图4可得出下列推论。
图4吸口周围气流流动