旋转系统的设计和开发：数字工具的应用与车辆干燥性能优化

HO S T E D B YAvailable Online atwww.sciencedirect.com计算机设计与工程杂志3（2016）398www.elsevier.com/locate/jcde为使用CFD的rollover carwash machine设计一个旋转系统Seyed M.M.Sabeta，n，Jorge Marquesb，Rui Torresb，Mario Novab，João M。黑人CaMIT Portugal Program，米尼奥大学，吉马良斯，葡萄牙，4800-058bPetrotec，Ponte工业园区，Pav。C2，4805-661吉马良斯，葡萄牙cInstitute for Polymers and Composites（IPC/i3 N），米尼奥大学，葡萄牙，4800-058已收到29 March 2016; received in revised form 4 July 2016; accepted 5 July 2016Available online 11七月2016抽象这篇文章描述了一个新的旋转系统的设计和开发，使用支持的数字工具来覆盖汽车。干燥系统是由一个国家的垂直干燥器的pair和一个移动的水平干燥器组成的，它可以自我调节到车辆的轮廓。在定义Dryers'概念之后，他们的表现是个人评估他们的内部反射模式并改善他们的这一问题有望为Dryers的重新设计和地理指标优化提供反馈。经过对Dryers分离器的重新设计，在当前车辆模型中研究了完整系统的行为，可以使用现有卡瓦车机器部门检索的最短和最高尺寸的代表根据计算计算后的数据，黑洞系统的效能对一个巨大的车辆的各种表面进行了计算。结果令人满意的结论是，设计系统的整体性能非常好，并且对最多的可用性进行了优化。结果是从数字研究中获得的，这些研究被实验测量证实，并且两人之间达成了良好的协议。此工作中的过程可以应用于支持其他机械系统的设计和分析&2016 CAD/CAM 工 程 师 协 会 Publishing Servicies by Elsevier 出 版 社 服 务 。 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 访 问 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：翻转carwash machines;驱动系统;计算机辅助设计（CAD）;计算流体动力学（CFD）; Shear stress1. 导言全球汽车服务市场的年增长量达到50亿美元，2017年该行业的年增长量接近350，000人，预计2017年全球汽车服务市场将超过274亿美元。根据国际煤炭协会的研究结果，在美国每年的专业哈希超过30亿次。这些统计数据照亮了汽车行业的规模和重要性。[2017 - 04 - 03]·《汽车工业的独立饮用系统的设计》（The Design of an Independent Drying System for CarwashMachines Dates Back to Late 1960 s and Early 1970 s ）Cirino的专利是1976年推出的最具开发性的汽车设计的Schleeter等人。”（4）n对应作者电子邮件addresses：smm. gmail.com，sabet@dem.uminho.pt（S.M.M.。Sabet）。Peer review under responsibility of the Society of CAD/CAM Engineers（CAD/CAM工程师协会的责任）。这是一个基于旋转系统和脱衣舞的概念Larson等人[5]提议使用一个小型自动潜水器，用于两个垂直点和一个垂直点，类似于当前最流行的卡瓦车。贝尔贝尔和阿尔。[6]其中一个概念是关于医生是否可以自我实现汽车的概念 。 其 他 patent works[7 ， 8]developed automatic controlsystems and electronic devices for car washing dryers.其中一个主要的设计模式是由Schleeter提出的滚动式汽车的建议[9]，而什么是一个可移植的设备购买一个U型结构系统。In this invention，the vehicle is held stationary at adesignated position between rails and a travelling framemoves on the rails past the vehicle body.在这一发明中，车辆是在铁路之间的指定位置以及在铁路车辆车身上的滚动帧运动中有帮助的。一个travelling frame is first moved inone direction，so the body is washed，then in reverse to drythe vehicle.一个travelling frame是非常完美的移动在一个方向，所以身体是用来睡觉的，而且他们正在思考如何摆脱它。这台机器的工作原理是基于公司在这工作的任何地方生产的相同方法制造的。http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2016.07.0012016年&Publishing Servicies by Elsevier出版社服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放访问文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计399Fig. 1. 首页>外文书>商业行销>企业管理> The Front and Rear View of a Recent rollover Carwash MachineFig. 2. 《与车辆状况相关的横向滑动位置》[10]当前滚动式汽车清洗机的旋转系统的架构是由两个垂直的 轴 上 的 两 个 Fixed Dryers 组 成 的 ， which areaccommodated in the columns and fed by two cigrfugalfans，还有一个可横向移动的带两个离心式风扇在each端的可移动的电动汽车系统。While the vertical dryers arefixed and mounted to the structure，the horizontal dryer canmove vertally and is controlled by a set of sensors ， whichdetect the presence of a vehicle on the washing bay and enablethe dryer to follow its contour and precisely position to itssurface[6] ， as shown inFig. 2 from a major carwashmanufacturer ， the distance from the tip of horizontal todryer’s. and the destroy’s.[6] which detected the dryer tofollow its contour and precisely possible to its surface [6]，[图2]，从一个主要的汽车制造商的高度到垂直高度的高度和可达的位置，在20厘米之间。理解水从表面上驱逐出境的机制，为减少系统和提升其效率的有效设计提供了有用的指导。Droplet on a solidsurface在两种类型中均不可用：（1）正常，（2）横向。正常的adhesion是需要去检测一个从亚硝酸盐在垂直方向下降的力量，作为一个迫使从表面上脱落的火焰。需要的力的横向转向引用滑向地面上的载具，为示例，移动到其他位置[11]。英文名称：The Most Relevant Mechanism forWater Droplet Exhibition，For Drying of a Vehicle边的Adhesion。一个droplet diameter和空气流速度之间的关系需要去发现它，它已经成为严重研究的主体[12在这部作品中，我们将获得一个关系，在墙状压力和droplet驱逐之间，并利用它来评价新的dry system指定在这项工作中的dry ficiency。一辆汽车有效地推动水载水系统从车辆的屋顶和空间向下 移 动 。 However ， as the geometry of the vehicle ， itssurface topography and the distance between the car and therollover vary from one vehicle to another，there is no perfectdesign for a dryer can be efficient for all vehicle types.However，作为车辆的几何形状，它们的表面地形和汽车之 间 的 距 离 以 及 从 一 个 车 辆 到 另 一 个 车 辆 的 rollovervary，there is no perfect design for a dryer can be efficient forall vehicle types.如果一个医生的完美设计，可以为所有车辆类型提供功能。结果，在醉酒和车辆尺寸/类型的质量之间通常有一个权衡。其中一个主要的Drawbacks of theMost Rollover Dryers是不合适的drying performance on thelower lateral regions of the vehicle close to the bumpers androcker panels。There is no report on the performance assessment of carwashing drying system using numerical methods in theliterature.没有关于汽车擦除系统在文献中使用数值方法的性能评估的报告。本工作的对象是设计一个新的旋转系统为一个滚动的旋转的机器上的顺序，以提高横向驱动效400S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计率，while maintaining a satisfactory dying on the水平和roof使用numerical表面S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计401~~工具。此外，新设计概念的减少效率也被重新设计和优化所改善。Initially the new drying system concept is presented.（最初的新系统概念已经出现了。函数的边界条件、计算机域以及在数值研究中使用的函数都是后来解释的。Then awater droplet explosion convision is established as an indexfor evaluating the drying efficiency of the new concept.如果水弹驱逐标准是一个标准，作为一个指数来评估这个概念的枯竭效率。那么，结果将呈现给个人医生和完整的戏剧系统。最后，数字研究的结论是目前和与实验测量比较的。2. Dying System Design的水平和垂直的Dryers意图有一个有效的空气反射到暴露所有不同车辆表面的水漏，和热之前他们需要被设计成一个方式来识别他们的优化几何学.一个干燥系统的设计的主要对象是一个更好的空气反射速度和分配模式在汽车表面上。无人机的几何结构被限制在漫游机器的所有尺寸上;无人机系统如何由结构连接和支持;以及空间内部如何容纳无人机无花果. 3（a，b）展览The vertical and horizontaldryers concept developed for this work.垂直和水平Dryers概念为这件工作的发展.两台无人机都配备了3千瓦风扇（技术）在狂欢者中使用的粉丝的特性在附件1中呈现）。水平无人机的高度是1850 18 mm2，垂直方向是1100 18 mm2。无花果. 3（c）一个奇异的布局的entire drying system相对于一个伟大的车辆. The Four Circles，Whose Center AreMarked With Stars，代表粉丝。新的干燥系统的效率是确定的，一组数字研究，我们照顾到，以提高效益的饮料对变量车辆。为了简化模型并保存计算时间和资源，风扇的风扇是被删除的，并在其输出中安装了它们的等效流速率。该INLETS必须是正确的，因为它反映了该工程的性能;而在此之前，这种简单的特性并不期望对结果的可接受性有任何影响。图3（d）为数值研究提供标准的drying systemsimplified视图。3. 案例研究Case Studies为 了 研 究 用 于 droplet removal 的 新 系 统 的 dryingeffectiveness，一个数字研究被淘汰的数量。首先，水平和垂直的Dryers是仿照个人来研究他们的内部反射模式，和他们的完全水过滤系统的效率。Fig. 3. （a）垂直dyer概念，（b）水平dyer [尺寸在毫米]，（c）整个流体系统相对于车辆的位置，（d）为数值研究而实现的系统的标准观点402S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计XV∂tþ ∂xρVJE∴Xkxyxþ∂x ðτijvi Þð3Þdroplet removal from current vehicle surfaces was studied andanalysed by calculation of shear stress distribution on variousvehicle surfaces. droplet removal from当前vehicle surfaces被研究和分析的计算应力分布在变量vehicle表面上。结果是从数值研究中获得的，这些研究是对实验测量的比较。3.1. Fluid Flow模型在SOLIDWORKS Flow Simulation中完成的数值研究工作。空气选择了作为通用软件设置中的反射。内部管道系统中的反射不可压缩。所有计算在房间温度（201 C）和热传导在软件中被禁用（机械耗尽）。这份工作中使用的模型流是静态的，在这种状态下，鼓的空气流的大小和方向是不断通过- out the computationaldomain with respect to time（与瞬态流相对于时间上的变化的大小或方向）。根据TheExternal analysis was used，which concerns theflow not bounded by outer solid surfaces ， but only by thecomputational domain boundaries（外部分析是使用的，但不是由外部固体表面引起的），仅由计算机领域边界引起。如果一个人想要同时分析内部数据和外部数据流，那么分析就像一个外部数据一样。在这种情况下，固体模型（或Carwash机器）被洪水摧毁SOLIDWORKS解算基于Navier-Stokes equations，massformulations（Eq）。(1)时间（EQ。（2）能量（EQ。（3）保护法[16]：SOLIDOWORKS 现 在 可 以 考 虑 层 和 湍 流 的 反 射 。Laminar flows occur at low Reynolds num- bers ， whileturbulent ones have higher Reynolds values.（低雷诺数，哪一个湍流有更高的雷诺价值）动荡的天空被最喜欢的平均水平的导航者-斯托克斯方程解。根据文献[17]，风扇流（在这项工作中使用）是在1- 4%的范围内的一个中等湍流的情况3.2. Drying System计算机模型As the behaviour of the employed fans is known（云率：2830 m3 h-1），他们在计算机模型中没有考虑到。在数字模 型 中， 由 于 使用 了 从 其 数据 表 中 获得 的 风 扇速 率（Annex 1），因此无法确定其边界条件。在确定边界条件时，flat表面上的大面积计算覆盖了whole计 算 域 创 造 了 什 么 作 为 其 边 界 的 行 为 （ 图 Shown inFigure）。（4）。18.无边界条件[18]在计算机域表面上应用 。 Due to symmetry Reasons and in order to savecomputational time and resources， only half of the domainwas considered in all the studies，2011年2月24日2011年2月24日计算领域和边界条件为水平和垂直驱动器被分别呈现在图4（a）和（b）中。完全干燥系统在类似的mannerusing symmetry conditions中模拟。ρυ∴T=∴V=xi¼0ð1Þ3.3. 计算机网格Computer MeshSOLIDWORKS Cloud仿真已具备适应的能力∴V=∣TXVI×xj. ��8，特徴Ij×xj∣P-xi二计算期间的解决方案的计算机网格。在具有高梯度通量通量的区域中的几个相同的单元的求解器分割，并且合并在低梯度单元中的单元，yielding more↓↓.ΣjPhilip。jΣT ∣jj最小化计算效应[19]。为了进行横向干燥器敏感性分析，4 different meshlevels（平均分，M1，M2，分辨率：M3）þS. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计403Fig. 4. Boundary Conditions and Computational Domain used for（a）水平和（b）垂直干燥机。404S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计Average Velocity（公里）hTable 1这些细胞的数量（在不同的地方）用于水平无人机的相同敏感性分析。Table 2数据来源：The Number of Cells（In Thousands）for the Mesh SensitivityAnalysis of the Vertical Dryer。Mesh levelM1M2M3M4Mesh levelM1M2M3M4细胞数量NumberofFluid10.683.4486.3940.9细胞数量NumberofFluid7.851.14731027Solid000.233.5Solid006.576.9Partial4.937.1190.4414.9Partial3.529.323195.3408.1合计15.5120.66771389合计11.380.56751512807570657060655550604555405002004006008001400 1200 1400350 200400600 800 1000 1200《细胞数目（英语：Number of Cells（inThousands））》《细胞数目（英语：Number of Cells（inThousands））》费格5水平镜与细胞数量的平均距离（150毫米）。费格6垂直镜与细胞数量的平均距离（150毫米）。（4），则M4？M2 meshing had about 2 times the number ofcells in each direction than M1，while M3 had 4 times thenumber of cells in each direction than the coarse one，以及64times in volume.（如果有）M2 meshing had about 2 timesthe number of cells in each direction than the coarse one，and64 times in volume.（如果有）对M4来说，M3中的细胞数量几乎是两个。在合并后的单元格的数量，对象的类型是fluid，solid和partival regions，列在Table 1中。表1中的部分细胞（和纸的剩余）指的是一些他们的卷被一个单独的和剩下的带着反射，while其他两个是occupied与唯一的固体或天上。这些分析是基于平均速度与平均质量的计算。从平面高度 看 150 mm 的 距 离 （ shown with an index above thefigure）。因为它可以看到，平均速度对M3和M4来说几乎是一样的。根据结果，它已经完成，M3和M4是符合水平 航 行 器 的 研 究 。 最 后 选 取 的 网 格 （ M3 ） containedapproximately 486，000 fluid，190，000 partical和677，000个总单元格。对垂直Dryers采用的相同战略。同样的，4个不同的月水平（M1，M2，M3，M4）是可用的。《The mesh M2had twice the number of cell of M1 in each direction 》（《Mesh M2 had twice the number of cells of M1在通往远方的8支球队》）M3和M4中的总细胞数是相等的，64和128次等于M1中的细胞数Table 2lists the number of cells ineach meshing level.（表2列出在同一层中的细胞数。图6The average air flow velocity on the mid-plane of thevertical dryer at a 150 mm distance along the outlet（shown withan index）平均空气速度在垂直Dryer的中间平面上150毫米远距离在outlet上（用an index）。可以看到，平均速度平均速度（km/h）S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计405Fig. 7.费格这是一项针对完全干燥系统的敏感性分析的研究。这对M3和M4来说都很重要。根据结果，Mesh M3为垂直Dryers上的所有研究选择了这些。此网格容器近似473，000个天体，195，300个粒子和675，000个总细胞。根据对完全干燥系统的半敏感性分析，这些系统是基于绘制平均负荷压力对外部车辆表面在干燥状态中很重要的。这些表面是已经拍摄并命名在图7关于一个简 单 的 大 众 皮 卡 车 为 1 ， 2 ， 3 （ roof-top ， 侧 窗 和door/rocker panels，分别）。406S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计For the sensitivity analysis studies of the full dryingsystem ， six different meshing levels were used ， as listedinTable 3 .对于整个drying系统的敏感分析研究，六种不同的网格水平被使用，作为第三张表中列出的。这三个面都是现成的，这三个面都是现成的，这就是所谓的 "The average shear stress for the three surfaces showninFig.7 as the number of cells（or mesh quality）"。05. As itcan be seen，the plot remins constant for the three surfaces（这是可以看见的，对于三个表面来说，这是永恒的）Table 3用于完全干燥系统的敏感性分析的细胞数量（在几个地点）。近似150万个细胞后。结果是，为整个干燥系统选择的最终mesh，其中M5的容器近似为1，160，000个fluid，409，000个partial和1，610，000个total cell。为水平、垂直和完整的戏剧选择最后的音乐会。虽然它可以看到，但是，即使在某些地区，对医生进行调查也是错误的，但是在固体/流体界面的区域内，必须提供必要的结果的准确性。此分类上一篇：10 cells across所有案例中的出口渠道3.4. Selection of the Computational Domain计算机领域计算领域的大小对数值结果对个人和完全耗尽系统的可接受性的影响。For this means，the horizontal and verticaldryers with 3 different computational domain sizes ： small（这意味着0.80.70.60.50.40.30.20.100 500 1000 1500 2000 2500《细胞数目（英语：Number of Cells（inThousands））》费格8图1.平均分配压强与三个表面上的细胞数（1，2，3）。 7.（CD 1），中等（CD 2）和广泛（CD 3）等调查。对于完整的压缩系统，两个不同的计算领域的例子是：小（CD 1）容器只在干燥器和广泛的（CD 2）周围的沙漠和沙漠地区。在所有研究中使用后，在敏感分析之后选择了同一个模型。结果显示，计算域大小不符合结果的accuracy[2]。3.5. 《水弹驱逐责任》Water Droplet Exhibition Crition[18]由于一个小天体移动了一个有限的边界，由边界促进了反射限制，所以这里是一个由该边界上的反射引起的应力。脸上的压强是水驱逐舰的代表性[20]。上一篇：英语歌曲：In order to convert the equivalent123平均压强表（Averageshear stressMesh levelM1M2M3M4M5M6细胞数量Number ofFluid17.930.2167.5376.711631879Solid3.98.311.59.937.398.6Partial11.523.789.4179.0409.9650.7合计33.462.2268.5565.716102628.3S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计407Fig. 9. 选择（a）水平，（b）垂直和（c）完整的干鼓研究的最佳月份。408S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计~0.70.60.50.40.30.20.100 10 20 30 400.30.250.20.150.10.0500.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9Airflow velocity [m/s]空气流速费格10 shear stress与air flow velocity（距离：150 mm）Droplet diameter [毫米]ph. 11。三个原因是：The shear stress required for explosion of water dropletson horizontal solid surfaces。air flow velocity over a表面之光into the shear stress causedon a表面之光，Blasius equation[21]被使用：P25050一百陈奕迅0：332ρV2？pffiVffiffiffi:ffixffiffi四姐200KDE υis The kinetic的 Viscosity的 从 The 航空（1.51）10-5 m2/s at 201 C，ρ空气密度（1.2 kg/m3 ）2019年10月20日，美国空军基地成立，2018年10月20日，美国空军基地成立，并于 2019年10月20日，美国空军基地成立，并于2019年10月20日，美国空军基地，基地，基地EQ 。 (4)can be re-written to express air flow shear 压 强201C，波纹：0： 001547V215010050陈奕迅pffiVffiffiffi:ffixffiffi五00 200 400600 800 1000 1200EQ。(5)gives the shear强调作为空气反射速度和距离的功能。 Fig. 第10集The Relation Between Shear Stress andAir Flow Speed Obtained from Eq 150mm的距离（相对于医生对车辆的距离）。Theodorakos等人[13]results for airfluow velocity versus droplet diameter were used in order toobtain the relation between shear stress and the dropletsize.[13]结果是空气流速与droplet输出大小之间的关系。By substituting the shear stress at a given air flow velocity（fromFig. 10），the relationship between the shear stress asa function of droplet（从图10），在页面之间的关系强调了droplet的一个函数钻石可以收获。图 11 显 示 The resulting plot of shear stress versus waterdroplet diameter obtained at a distance of 150 mm. As thedroplet becomes larger ， the drag force increases rapidlycompared to the holding surface tension force ， whichexplains the negative slope of the plot in Fig.显示11结果堆的应力与水下降的密度比起来，如图中的负滑动图。 11。无花果. 11不能作为索引用于水从车辆表面驱逐出境.这一区域是水载水驱逐舰的安全区域;意味着这是一个巨大的载具大小，压强值高于这一曲线的原因是移除那轮载具的原因。For instance，a shear stressof approximately 0.17Pa is required to detach a 1 mm droplet on a horizontal surface.For instance， a shear stress对于垂直表面的案例，as gravity isin favour of the detachment，droplet removal所需的压力值是even lower that the curve presented here 。 As the result ， thedrying is effective in both结果，哭泣是对身体有效的1500压强表（ShearStress）[Pa]压强表（ShearStress）[Pa]速度[km/h]S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计409长距离外接[mm]ph. 12。快速职业从水平下降到不同的outlet不同的距离。垂直和水平面，长作为shear应力值是above曲线shown在图中。 11。3.6. Studies performed相关首先，水平和垂直的驾车者是独立的。这些研究的主要目的是检查这些形体和几何的效果，以及each医生的整体表现。另外，完整的抽水系统是研究如何提高抽水系统的效率和从车辆表面驱逐水弹的有效性。两个代表性的车几何特征的大众皮卡车和智能were考虑。这两个车辆的最短和最高执行代表性（1500毫米和2100毫米，分别），它可以在一台机器上使用（这些两个车辆的所有尺寸是在ANNEX 2中呈现）。410S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计Fig. 13. 《在水平无人机的中平面上的速度分布》（The velocity distribution on the mid-plane of the horizontal dyer）费格14（A）水平下降的内部反射（A）的位置。图1.水平量程从水平量程获得的转速，为变量X（b）;和Y（c）值（距离：150 mm）。4. Results and讨论4.1. 横向DRY图 12The air flow velocity profines obtained at 0 ， 50 ，100，150mm distances from the horizontal dyer outlet.在0，50，100， 150 mm的水平无人机出口的空气流速度专业人士2月13日明珠台The Velocity Distribution on the Mid-Planeof the Horizontal Dyer箭头代表速度指令，而它们的大小是速度的大小。它可以看到，速度下降接近医生的左边为了防止车辆侧边的流血，请务必使用横向的内部反射来直接引导空气反射进入水平下降器。如图14（a）所示，从反射到上行边缘和最远输出角（X和Y）的距离由试验和错误方法确定，这是通过一组研究和分析结果空气流模式和速度的医生的作者。这些研究项目的编号显示在图14（b，c），which showthe velocity profices（at a distance of 150 mm）for variousXandY values中。The Studies Showed That ReducingX，美国S. M. M. M。Sabet et al。/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）计411嘿嘿嘿嘿。Fig. 15. 在平面上的速度分布（veloci