传统道路清扫车采用直排式气力输送系统，存在两大关键问题： 一是清扫时产生大量扬尘，喷水降尘又会造成尘粒黏附、降低清扫效率； 二是被吸入的尘粒、病菌等随气流再次排出，造成地区间交叉感染。
本项目以道路清扫车为研究对象，创新性地提出一种采用循环气流的气力输送系统： 将风机出口的部分高速气流通过反吹管道回送至吸嘴区域， 形成吹吸结合、动态平衡的气流循环机制， 既提高拾取效率，又减少污染物排出。
项目背景
系统方案
1
循环气力输送系统
摒弃传统直排式清扫模式，构建新型循环气流的气力输送系统。采用吹吸结合、动态平衡的处理机制，将风机出口部分高速气流通过反吹管道和反吹嘴回送至吸嘴区域，辅助收集尘粒。
2
流场仿真验证
通过理论计算和Fluent流体仿真分析结构的合理性和可行性，建立相关性能指标，通过单因素仿真实验寻找最优结构参数组合。
3
交叉感染防控
反吹管道回送高速气流促使病毒微团等污染物更多地沉降于集尘箱内，有效减少病毒排出，阻断不同地区交叉感染路径。
三维建模成果
使用SolidWorks完成原模型和改进模型的三维结构设计， 以及整车简略装配图。改进模型在原气力输送系统基础上增加了 反吹管道、反吹嘴和出风口等关键结构， 实现循环气流回路。
改进模型三维结构图 — 集尘器前端、风机、集尘箱等核心部件
整车简略装配图 — 扫地车整体结构布局
流场仿真分析
利用ANSYS Meshing进行网格划分，通过Fluent进行整体流场分析。 仿真结果表明，改进系统的流场特性有利于垃圾尘粒的起动和悬浮：
- 吸嘴入口处：流速相对较慢，尘粒被吸入
- 吸管内：流速大幅度提升，有利于尘粒悬浮输送
- 集尘箱内：截面积瞬间增大，速度急剧下降，在挡板和重力作用下绝大部分尘粒沉降
- 风机出口：高速旋转扇叶作用下气流流速达到最高
- 反吹嘴出口：气流向上吹出，辅助收集尘粒
流体速度迹线图 — 流场整体速度分布
改变转速对性能指标的影响 — 改进系统 vs 原模型
参数优化
团队通过单因素仿真实验，系统研究了反吹嘴长度、反吹口宽度、出风口长度和风机转速对性能指标的影响：
| 参数 | 最优值 | 影响规律 |
|---|---|---|
| 反吹口宽度 | 50 mm | 宽度增大时截面平均速度先升后降 |
| 出风口长度 | 90 mm | 长度增加提升气流导向效果 |
| 圆角处理 | 存在圆角 | 减少涡流损失，改善流场均匀性 |
| 风机转速 | 4000 r/min | 改进系统在4000r/min时性能指标超过理论值25% |
我的贡献
个人职责
- 三维建模：使用SolidWorks完成原模型和改进模型的气力输送系统三维结构设计，包括吸嘴、吸管、集尘箱、风机、反吹管道、反吹嘴及出风口等全部核心部件的建模
- 协助仿真：协助团队完成部分Fluent流场仿真中的网格划分工作
项目成果
25%+
性能超理论值
4000
最优转速 r/min
✓
实用新型专利已受理
吹吸结合
创新循环气流方案
改进后的气力输送系统在仿真数据范围内性能指标均超过原有系统， 在4000r/min风机转速下截面平均速度超过理论值25%， 有效提高了清扫效率。项目已申请实用新型专利并获受理。