基于CFD的翻滚式洗车机干燥系统设计

HOS T E D B Y可在www.sciencedirect.com网站上查阅计算设计与工程学报3（2016）398www.elsevier.com/locate/jcde基于CFD的翻滚式洗车机干燥系统设计赛义德[10]杨晓波，杨晓波.诺布雷加ca麻省理工学院葡萄牙项目，米尼奥大学，4800-058吉马良斯，葡萄牙bPetrotec，Parque Industrial da Ponte，Pav. C2，4805-661吉马良斯，葡萄牙c葡萄牙吉马良斯4800-058米尼奥大学聚合物和复合材料研究所（IPC/i3 N）接收日期：2016年3月29日;接收日期：2016年7月4日;接受日期：2016年7月5日2016年7月11日在线发布摘要本工作描述了在数字化工具的支持下，一种用于翻车洗车机的新型干燥系统的设计和开发。干燥系统由一对固定的立式干燥器和一个可移动的卧式干燥器组成，卧式干燥器可根据车辆的外形进行调整。在确定干燥机的概念后，对它们的预计这些问题将为干燥机的重新设计和几何优化提供反馈。在单独重新设计干燥机后，在实际车辆模型上研究了整个干燥系统的性能，这些模型代表了可用现有洗车机清洗的最短和最高尺寸通过计算给定车辆的各个表面上的剪切应力分布来研究整个系统的干燥效率结果表明，该设计系统的整体干燥性能非常好，可确保大多数车辆表面得到充分干燥。从数值研究中得到的结果，然后验证与实验测量和两者之间的良好的协议。本文所采用的方法可用于其它机械干燥系统的设计和分析&2016 年 CAD/CAM 工 程 师 协 会 。 出 版 社 ： Elsevier 这 是 一 个 在 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：滚筒式洗车机;烘干系统;计算机辅助设计;计算流体力学;剪应力1. 介绍洗车每年创造50亿美元的行业，仅在美国就有约35万人，预计到2017年全球洗车服务市场将超过274亿美元。根据国际洗车协会的一项研究，美国每年有超过30亿次专业洗车[2]。这些统计数据凸显了洗车行业的规模和重要性。洗车机独立干燥系统的设计可以追溯到20世纪60年代末和70年代初。Cirino的专利[3]包含了1976年翻滚洗车Schleeter等人[4]美国n通讯作者。电子邮件地址：smm. gmail.com，sabet@dem.uminho.pt（S.M.M. Sabet）。同行评审由CAD/CAM工程师协会负责。基于干燥系统和剥离布的概念获得专利Larson等人[5]提出了一种用于自动洗车的干燥设备，该设备由两个垂直干燥器和一个顶部水平干燥器组成，类似于最新的洗车干燥器。Belanger等人[6]给出了最早的干燥系统概念之一，其中干燥机可以根据车辆的轮廓进行自我调节。其他专利作品[7，8]开发了自动控制系统和电子设备的洗车烘干机。翻转洗车的主要设计专利之一由Schleeter提出[9]，其是一种由直立U形系统组成的便携式设备。在本发明中，车辆在轨道之间的指定位置处保持静止，并且行进框架在轨道上移动经过车辆主体。移动框架首先沿一个方向移动，以便清洗车身，然后反向移动以干燥车辆。图1示出了自动翻转洗车机，其基于由进行该工作http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2016.07.0012288-4300/2016 CAD/CAM工程师协会。&出版社：Elsevier这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398399图1.一、最近翻车洗车机的前后视图图二、相对于车辆轮廓的水平干燥器位置[10]。本翻滚式洗车机的干燥系统的架构由位于侧面的两个固定的垂直干燥器和可移动的水平干燥器组成，所述垂直干燥器容纳在柱中并由两个离心风扇供给，所述水平干燥器具有安装在每一端的两个离心风扇。当垂直干燥器固定并安装在结构上时，水平干燥器可以垂直移动，并由一组传感器控制，这些传感器检测清洗舱上的车辆的存在，并使干燥器能够遵循其轮廓并相对于其表面精确定位[6]，如图2所示，从水平干燥器的尖端到车辆表面的距离是可调节的，通常设置在10和20 cm之间[8]。了解水滴从表面排出的机理为干燥系统的有效设计和评估其效率提供了有用的指导。液滴在固体表面上的粘附有两种类型：（1）正常粘附和（2）侧向粘附。法向粘附力是使液滴在垂直方向上从基板分离所需的粘附力，例如使液滴从表面脱离的力。横向粘附是指在表面上滑动液滴所需的力，例如，将其移动到另一个位置[11]。最相关的机制，水滴驱逐，干燥的车辆，是横向粘连液滴直径和分离液滴所需的气流速度之间的关系一直是几项研究的主题[12在本工作中采用了可用的关系式[12，13]，以获得壁面剪切应力与液滴排出之间的关系，并用于评估本工作中设计的新干燥系统的干燥效率。洗车机的理想干燥系统有效地迫使水滴向下远离车辆的车顶和侧面。然而，由于车辆的几何形状，其表面形貌以及汽车与翻车之间的距离因车辆而异，因此没有完美的设计可以有效地因此，通常在干燥质量和车辆尺寸/类型之间进行权衡。大多数翻转干燥器的主要缺点之一是在靠近保险杠和门槛板的车辆的下部横向区域文献中还没有使用数值方法对洗车干燥系统进行性能评估的报道。本工作的目的是设计一种新的滚筒式洗车机的干燥系统，以提高横向干燥效率，同时保持满意的水平和屋顶表面干燥，使用数值模拟。400超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398~~工具.此外，新设计概念的干燥效率将通过重新设计和优化来提高首先提出了新的干燥系统概念。随后解释了数值研究中使用的边界条件、计算域和网格划分。提出了一种新的水滴排出准则，作为评价新概念干燥效果的指标。然后，给出了单个干燥机和整个干燥系统的结果。最后，从数值研究得出的结论，并与实验测量进行比较。2. 干燥系统设计卧式和立式干燥机都旨在具有有效的气流，以排出不同车辆表面上的所有水滴，因此需要对其进行设计，以确定其最佳几何形状。干燥系统设计的主要目的是在车辆表面保持更好的气流速度和分布模式干燥机的几何形状受以下因素的限制：翻转机的总体尺寸;干燥系统如何由结构连接和支撑;以及结构内部容纳干燥机的内部图3（a，b）显示了为这项工作开发的垂直和水平干燥机概念。两台干燥机都配备了3千瓦的风扇（技术参数干燥器中使用的风扇的特性见附件1）。卧式干燥机出口面积为1850 × 18 mm2，立式干燥机出口面积为1100 × 18mm2。图3（c）示出了相对于给定车辆的整个干燥系统的示意性布局。四个圆圈的中心标有星号（*），代表通风机风扇。由于新干燥系统的效率有待确定，进行了一系列数值研究，以评估各种车辆的干燥效果。为了简化模型并节省计算时间和资源，删除了通风机的风扇，而是在它们的出口处考虑它们的等效风速。进气道具有与发动机完全相同的进气道气流特性;因此，这种简化预计不会对结果的准确性产生任何影响。图3（d）显示了为进行数值研究而简化的干燥系统的标准视图。3. 案例研究为了研究新的干燥系统对液滴去除的干燥效果，进行了一些数值研究。最初，分别对卧式和立式干燥机进行建模，以研究其内部水流模式，然后研究完整的水干燥系统的效率图3.第三章。（a）立式干燥机概念，（b）卧式干燥机[尺寸单位为mm]，（c）整个干燥系统相对于车辆的位置，（d）用于数值研究的干燥系统标准视图超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398401∂阿提哈德ρvjE 1/4英寸克什þ∂x ðτijvi Þð3Þ通过计算不同车辆表面的剪应力分布，对实际车辆表面的水滴去除进行了研究和分析。然后将数值研究的结果与实验测量结果进行比较。3.1. 流体湍流模型数值研究在SOLIDWORKS Flow Simulation中进行。在软件的一般设置中，空气被选择为流体。内部管道系统内的流体流动是不可压缩的。所有计算均在室温（201 C）下进行，并且在软件（机械干燥）中禁用热消除。在这项工作中使用的气流模型处于稳定状态，因为干燥器的空气气流的幅度和方向在整个计算域中相对于时间是恒定的（相对于瞬态气流，其中气流的幅度或方向随时间变化）。采用外部分析法，该方法涉及不受外部实体表面约束而仅受计算域边界约束的湍流。如果一个人想同时分析内部流和外部流，那么这种分析就被视为外部流。在这种情况下，实体模型（或洗车机）被水流包围SOLIDWORKS求解器基于Navier-Stokes方程，作为质量公式（方程(1)）、动量（等式（2）能量（Eq。（3）守恒定律[16]：SOLIDOWORKS能够同时考虑层流和湍流。层流发生在低雷诺数，而湍流有较高的雷诺数。湍流湍流采用Favre平均Navier-Stokes方程求解。根据文献[17]，湍流器湍流（本工作中使用）是一种中等湍流情况，其中湍流强度在1- 4%范围内3.2. 干燥系统计算模型由于所用风机的性能是已知的（风速：2830m3 h-1），因此在计算模型中未考虑它们。在数值模型中考虑了一个强加的风速边界条件，该条件是通过使用从他们的试验（附件1）中获得的风扇风速来实现的。为了定义边界条件，创建了一个足够大以覆盖整个计算域的曲面，该曲面用作边界层（如图2所示）。 4）. 在计算域表面上应用无滑移边界条件[18]。由于对称性的原因，为了节省计算时间和资源，在所有研究中只考虑了一半的域用于卧式和立式干燥器的计算域和边界条件分别如图4（a）和（b）所示还使用对称条件以类似方式模拟完全干燥系统∂ρ∂tþ∂ðρviÞ阿斯克斯岛¼0ð1Þ3.3. 计算网格SOLIDWORKS流程仿真能够适应∂ðρviÞ阿勒特∂xj. pviv j吉吉xj布吕普---ð2Þ在计算过程中，将计算网格与解决方案进行比较。解算器将网格单元拆分为具有高梯度梯度的区域，并合并低梯度区域中的单元，∂ðρEÞ.ΣJ-是的J∂TΣ∂JJ准确的结果，同时最大限度地减少计算工作量[19]。对于卧式干燥机的网孔灵敏度分析，4种不同的网格级别（粗：M1，中：M2，细：M3图四、用于（a）卧式和（b）立式干燥器的边界条件和计算域þ402超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398平均速度（km/）H表1用于卧式干燥机网格灵敏度分析的单元格数（单位：千）。表2用于立式干燥器网格灵敏度分析的单元格数（单位：千）。网格级M1M2M3M4网格级M1M2M3M4的细胞流体10.683.4486.3940.9的细胞流体7.851.14731027固体000.233.5固体006.576.9部分4.937.1190.4414.9部分3.529.323195.3408.1总15.5120.66771389总11.380.56751512807075657060655550604555405002004006008001000 1200 1400350 200400600 800 1000 1200 1400细胞数量（单位：千）细胞数量（单位：千）图五.水平干燥器的平均气流速度与单元数（距离：150 mm）的关系。见图6。垂直干燥器的平均气流速度与单元数（距离：150 mm）的关系。#21444;，非常好用。M2网格在每个方向上的细胞数量约为M1的2倍（体积为8倍），而M3在每个方向上的细胞数量为粗网格的4倍，体积为64倍。对于M4，细胞数量几乎是M3的两倍。网格化后的网格数，流体，固体和部分区域列于表1。表1中的部分单元格（以及本文的其余部分）指的是那些部分体积被固体占据，其余部分被固体占据，而另外两个单元格仅被固体或固体占据的单元格。网格敏感性分析基于平均速度与网格质量的计算。图5所示为卧式干燥机中平面上距出口150 mm处的平均速度（图上方有一个索引可以看出，M3和M4的平均速度几乎相同。结果表明，M3和M4模型对卧式干燥机的研究是准确的。所选最终网格（M3）包含约486，000个网格、190，000个部分网格和677，000个总网格。相同的啮合策略应用于立式干燥器。同样，使用了4种不同的网格级别（M1、M2、M3、M4）。网格M2在每个方向上的单元数是M1的两倍（体积为8倍）。M3和M4中的细胞总数约为M1中细胞表2列出了每个网格划分级别中的单元数图6示出了在沿着出口的150 mm距离处的竖直干燥器的中间平面上的平均空气湍流速度（用索引示出）。可以看出，平均速度见图7。研究了全干燥系统网格灵敏度分析的表面。M3和M4几乎相同。根据结果，选择网格M3用于所有关于立式干燥器的研究。该网格包含约473，000个网格，195，300个部分网格和675，000个总网格。完整干燥系统的网格灵敏度分析是基于绘制干燥阶段重要的外部车辆表面上的平均剪切应力。这些表面在图7中显示并命名为1，2，3（分别为车顶，侧窗和车门/门槛板）。平均速度（km/h）超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398403对于全干燥系统的灵敏度分析研究，使用了六种不同的网格划分水平，如表3所列。图8示出了图7所示的三个表面的平均剪切应力作为单元数量（或网格质量）。可以看出，对于三个表面表3全干燥系统网格灵敏度分析的单元格数（单位：千）。大约150万个细胞。因此，选择用于全干燥系统的最终网格为M5，其包含约1，160，000个微流体、409，000个部分单元和1，610，000个总单元。图9显示了为卧式、立式和全干燥机选择的最终网格。如图所示，干燥器周围的网格相当粗糙，但在固体/液体界面区域，网格要精细得多，以提高所需结果的准确性。这个网格有近10个单元格所有情况下的出口通道3.4. 计算域计算域的大小对数值结果的准确性的影响进行了研究，为个人和完整的干燥系统。对于这意味着，具有3种不同计算域大小的水平和垂直干燥器：小0.80.70.60.50.40.30.20.100 500 1000 1500 2000 2500细胞数量（单位：千）见图8。图1显示了三个表面（1，2，3）上的平均剪切应力分布与细胞数的关系。7.第一次会议。研究了CD1、CD2和CD3三种细胞。对于完整的干燥系统，两个不同的计算域大小进行了研究：小（CD1）只包含干燥器和干燥器周围的所需区域和大（CD2），其中包含整个车辆的长度。在所有研究中使用了敏感性分析后选择的相同网格。结果表明，计算域的大小不影响结果的准确性[2]。3.5. 水滴排出准则对于沿着固体边界移动的给定的流体，由于边界促进的湍流限制，在该边界层上存在由流体引起的剪切应力[18]。给定面上的剪切应力代表该面上的水滴排出[20]。为了将等价的图9.第九条。为（a）水平、（b）垂直和（c）完整干燥器研究选择最终网格123平均剪切应力（Pa）网格级M1M2M3M4M5M6的细胞流体17.930.2167.5376.711631879固体3.98.311.59.937.398.6部分11.523.789.4179.0409.9650.7总33.462.2268.5565.716102628.3404超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398~0.70.60.50.40.30.20.100 10 20 30 400.30.250.20.150.10.0500.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9气流速度[m/s]见图10。 剪切应力与空气流速的关系（距离：150 mm）。液滴直径[mm]见图11。水滴在水平固体表面上喷出所需的剪应力。将表面上的空气流速转换为表面上产生的剪切应力，使用Blasius方程[21]p25050100联系我们0： 332ρV2°CpV：xð4Þ200哪里 υ是 的 运动学 粘度 的 的 空气（1.51ρ为空气密度（1.2kg/m3在20° C下），x距离，V表示空气流速[22]。当量(4)可以重写以表示空气-低剪切应力，201 C，如下：0： 001547V215010050联系我们pV：xð5Þ00 200 400600 800 1000 1200 1400当量(5)给出了剪切应力作为气流速度和距离的函数。图图10示出了从等式11获得的剪切应力和空气湍流速度之间的关系。（5）在距离150 mm处（干燥器与车辆的相对距离）。Theodorakakos等人[13]使用空气流速与液滴直径的结果，以获得剪切应力与液滴尺寸之间的关系。通过在给定的气流速度下代入剪切应力（图10），得到了剪切应力与液滴可以获得直径。图11显示了在150 mm距离处获得的剪切应力与水滴直径的关系曲线。随着水滴变大，与保持表面张力相比，拖曳力迅速增加，这解释了图11中曲线的负斜率。 十一岁图11可用作从车辆表面排出水滴的指标。该曲线上方的区域是水滴排出的安全区域;这意味着对于给定的液滴尺寸，高于该曲线的剪切应力值将去除该液滴。例如，需要约0.17 Pa的剪切应力对于垂直表面的情况，由于重力有利于分离，因此液滴去除所需的剪切应力值甚至低于此处所示的曲线。因此，干燥在两种情况下都有效。出口长度[mm]见图12。沿水平干燥器出口在离出口不同距离处的速度分布。水平和垂直表面，只要剪应力值高于图中所示的曲线。十一岁3.6. 进行的研究最初，水平和垂直干燥器分别进行了研究。这些研究的主要目的是检查形状和几何形状对每个干燥机整体性能的影响。此外，还研究了完整的干燥系统，以确保干燥系统的效率和从车辆表面排出水滴。两个代表性的汽车几何形状的大众皮卡车和智能。对这两辆车的干燥效率进行了研究，因为它们代表了可用于洗车机的最短和最高车辆（分别为1500和2100 mm）（这两辆车的总体尺寸见附录2）。1500剪切应力[Pa]剪切应力[Pa]气流速度[km/h]超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398405图13岁卧式干燥机中平面上的速度分布见图14。卧式干燥机内的内盖位置（a）。从卧式干燥器获得的不同X（b）和Y（c）值的速度分布（距离：150 mm）。4. 结果和讨论4.1. 卧式干燥器图12显示了在距离水平干燥器出口0、50、100、150mm图13示出了卧式干燥器的中平面上的速度分布。箭头表示速度方向，其大小是速度的大小。可以看出，速度在干燥器左侧附近下降为了改善车辆侧面的干燥，尝试使用内部通风罩将空气气流引导到水平干燥器内部。如图14（a）所示，通过对干燥机的气流模式和速度分布进行一系列研究和分析，采用试错法确定了上边缘和最远出口拐角（X和Y图14（b，c）中给出了一些研究，显示了不同X和Y值的速度分布（距离为150 mm）。研究表明，减少X，406超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398¼ ¼¼图十五岁本文给出了带导流罩的卧式干燥机中平面上的速度分布100806040200H干燥机（无搭接）H干燥机+搭0 200 400 600 800 1000 1200 1400出口长度[mm]220200180160140120100806040200D=0（出口）D= 150毫米0 500 1000 1500出口长度[mm]图16.卧式干燥机的气流速度分布图，沿其出口（距离：150 mm）不带/带隔板。加强了角落的气流，而减少了中间的气流。此外，增加X会降低覆盖的效果。此外，Y不能太大，因为它不会对加强角落中的空气流有任何影响，也不能太短，因为它会阻挡接近的空气流并导致再循环。X60 mm、Y350 mm和R350 mm的导流罩可提高左侧角的气流速度，同时保持右侧的气流速度。图15示出了具有优化的间隙的卧式干燥器的中平面上的速度分布。如图所示，在顶部和左角之间的区域，速度得到加强，预计有助于横向干燥。图16显示了距离卧式干燥机150 mm处的气流速度分布，有无压盖。因为它图17.垂直干燥器的气流速度分布沿其出口在0和150 mm距离处。可以看出，在加速度计和角部之间的区域，速度增强了约254.2. 立式烘干机立式干燥器在干燥车辆侧面方面起着重要作用。如果空气流被导向侧镜，而不是较低的区域，如车轮和保险杠，这些区域将留下水滴。如果将其气流向下推，侧玻璃和后视镜将无法有效干燥。由于立式干燥机固定在翻转机的结构内部，因此它们与车辆的距离取决于车辆的宽度这气流速度[km/h]气流速度[km/h]超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398407¼图18.立式干燥机中平面上的速度分布（a）不带和（b）带建议的导流罩。(c)垂直干燥器的气流速度分布图沿出口为201和301个风口（距离：150mm）。距离被认为是约150毫米的基础上最大的车辆在汽车的车身部分。图17显示了在出口（0 mm）和距离出口150 mm处获得的立式干燥器的速度分布。可以看出，出口处的速度（D0 mm）从出口的上尖端到下尖端略微增加。这是当速度几乎恒定时，150毫米在这个区域。图18（a）显示了垂直干燥器中平面上的速度图。可以看出，与右侧相比，管道尝试使用内部导流罩来根据需要引导空气气流，以改善立式干燥机的空气气流模式。与卧式干燥机的案例研究类似，进行了几次试错实验，以确定最佳的几何形状和喷嘴数量。图18（c）中给出了这些研究的一个示例，该示例比较了垂直干燥器沿其出口在150 mm距离处的空气流速（20l和30l）。结果表明，最有效的间隙是出口管道处的间隙。将一组4个喷嘴以与干燥器的出口成451角度的方式对齐，并具有相同的尺寸408超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398彼此之间的距离（200 mm）使用具有最佳干燥度的立式干燥器进行相同的研究显示出更好的分布，如图18（b）所示。可以看出，在两种情况下，内部气流非常相似，但外部空气气流分布被向下推动并指向车辆的较低区域。这对于干燥门槛板和较低区域（靠近地面）非常重要，在大多数洗车机中通常观察到干燥效率不足。图19显示了距离立式干燥机150 mm处的气流速度分布，有和没有建议的通风罩。值得注意的是，由于质量守恒定律，不可能在所有区域增加空气湍流速度，10090807060504030201000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600出口长度[mm]图19.气流速度沿立式干燥机出口分布，无/有风口（距离：150 mm）。建议的干燥机与干燥器。因此，如图19所示，速度在尖点（峰）的尖端较高，而在中间区域较低。4.3. 全干燥系统4.3.1. 大众厢式货车的干燥性能图20显示了大众皮卡车（VW）侧面和车顶表面上建议的干燥系统的剪切应力分布。可以看出，与出口周围区域相比，出口直接受影响区域的剪切应力较低。由于车辆静止，翻车向前移动，因此干燥系统通过时，剪切应力较低的区域将被较高的值覆盖。同样的数字证明，在屋顶和侧面玻璃和门上干燥是非常有效的。 这是指图20（b）中标记的区域。门槛板上的剪切应力水平低于上部，在0.95-3 Pa的范围内，这是在图11的水平面上水滴排出的安全区域内。图21显示了同一辆大众汽车前部（保险杠和前照灯表面）的剪应力分布。可以看出，在这两种情况下，剪切应力在侧面上分布得非常好，因此预计干燥在这些区域中非常有效。图21（b，c）显示了前照灯上的剪切应力。可以看出，此处的剪切应力足以排水;然而，与前照灯相比，保险杠和门槛板的下边缘具有较低的剪切应力值。这种限制不是设计图20. 大众汽车（a）侧面和（b）屋顶表面上的剪应力分布V型干燥机（无襟翼）V型干燥机+襟翼气流速度[km/h]超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398409图21岁大众汽车侧面（a）和正面（b，c）上的剪应力分布图22岁Smart侧表面（a）和屋顶表面（b）上的剪应力分布图23岁Smart（a）侧面和（b，c）正面的剪应力分布410超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398干燥器的不足，但技术限制，因为水平干燥器不能再下降4.3.2. Smart上的干燥性能图22示出了梅赛德斯-奔驰Smart的侧表面和顶表面剪切应力1201008060402000 200 400 600 800 1000 1200出口长度[mm]图24.卧式干燥机（距离：150 mm）的数值和实验速度分布。1401201008060402000 500 1000 1500出口长度[mm]图25.垂直干燥器（距离：150 mm）的数值和实验速度分布。这些区域中的值在约0.9至1.5Pa的范围内，其处于图11的水滴排出的安全区域中。与大众皮卡车类似，出口的直接受影响区域与其周围区域相比，表现出较低的剪切应力值。通过干燥器的通过，具有较低剪切应力的区域将被较高值覆盖。从图22中还可以看出，Smart车辆侧面上的剪切应力水平低于图22所示的大众汽车侧面上的剪切应力水平。21（a）.这主要是由于Smart的宽度较短，因此与立式干燥机的距离较长在Smart的屋顶上干燥非常有效。在此图中，靠近门槛板和车门下方的区域表现出较低的剪切应力，这是因为与大众汽车相比，Smart更接近地面，因此它们施加的剪切水平较低。图23显示了Smart车辆侧面和正面的剪应力分布。可以看出，类似于先前的案例研究;横向剪切应力水平远高于图11中提供的水平，因此对于这些表面上的水去除是值得注意的是，干燥效率取决于车辆几何形状。基于应力分布结果，新的干燥系统在两个车辆代表的所有水平表面、顶部表面和上表面上都表现出优异的性能。干燥效率在大多数侧面和下表面都令人满意5. 实验验证为了验证数值计算结果，进行了大量的实验测试，以测量沿水平和垂直干燥器出口的空气湍流速度。然后将数值计算结果和实验结果进行比较，以检查结果的准确性。为了测量干燥器的气流速度，使用简单的数字风速计并沿着干燥器的出口移动（保持150 mm距离），然后每100mm记录值，然后绘图。图26岁安装在翻转结构上后的干燥系统的前后视图实验数值气流速度[km/h]数值实验气流速度[km/h]超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398411图24显示了从数值研究和实验测量中获得的沿卧式干燥器出口150 mm处的空气流速分布。可以看出，实验和数值计算结果之间有很好的一致性。实验研究的平均速度约为68 km/h，而数值研究的平均速度约为57公里/小时。计算的误差约为15%，这可能是由于所用风速计的准确性以及在干燥机工作时将其保持在准确正确位置的困难。图25显示了从数值研究和实验测量中获得的沿立式干燥器出口150实验结果与数值计算结果的比较表明，两者吻合较好.从数值结果的平均速度约为76.5而实验组的平均速度约为87.5km/h。两者之间的计算误差约为12%。水平和垂直干燥机的精度水平分别为15%和12%，与Martinović等人的结果相比处于可接受范围内。[23]他们报告了木材干燥过程的数值和实验结果之间的平均差异约为8%，最大为15%。此外，Levy和Borde[24]报告了气动干燥案例研究管道出口处的数值和实验结果之间的最大相对误差为20%。市场上有配备有可伸缩、可伸展或可调节鼓风机（如排气装置）的[25]或更具体地说，具有伸缩式鼓风机的洗车机[26];然而，这些解决方案的价格相当高，并且需要复杂的电子/机电系统。这项工作中提出的解决方案是一种简单而廉价的设计方案，在各种车辆上都有有效的干燥效果。新的干燥系统已成功原型化，并在各种车辆的几何形状上检查其效率图图26示出了安装在结构上之后的干燥系统的第一原型的前视图和后视图。机器的速度由电气板和动力系统决定，并且对于洗涤通道大约为10 m/min，并且在干燥阶段大约为5 m/min（对于有/没有脱水机类型）。翻转首先在一个方向上移动以执行干燥，然后通过设置在轨道末端的限位开关的致动而反向移动。结果，大众汽车皮卡车（5米长）大约需要60秒，而Smart大约需要30秒。6. 结论这项工作的主要目标是为翻滚式洗车机设计一种新的干燥系统，并提高各种车辆表面的干燥效率。在确定新干燥系统的尺寸后，进行了数值研究，以改善干燥机的性能，使用将空气流引导到特定区域的内部导流罩干燥机内部导流罩的几何形状和最佳位置是通过几项研究确定的，以获得更好的气流分布。通过研究车辆表面上的剪切应力分布，在实际车辆模型上研究了全干燥系统的行为，这些车辆模型代表了汽车轮胎市场中最短和最高的尺寸。结果允许得出结论，设计系统的整体干燥性能非常好，并确保大多数车辆表面的适当干燥。此外，由于大小车辆之间的尺寸差异，大车的干燥效率高于小车，这主要是由于到立式干燥机的距离。预期给定车辆的干燥效率将在Mercedes Benz Smart和Volkswagen皮卡车的范围内，因为市场上最小和最大的车辆可以用目前的洗车机清洗。研究结果可为其它机械干燥系统的设计和分析提供确认作者感谢Petrotec在整个工作中提供的无条件技术和资金支持。该项目由葡萄牙科学技术基金会资助，FCT（SFRH/BD/51105/2010）和FEDER基金通过竞争2020计划和UID/CTM/50025/2013项目下的国家基金提供资金。附件1. 粉丝干燥机的风扇在这项工作中使用的离心单入口，中压风扇。风扇的技术规格如下：模型速度（r/最大电流装机功率最大流量声压重量min）允许（A）（千瓦）（立方米/小时）（dB）（公斤）CMP-1025-2T-4289510.57328307737.6412超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398附件2. 车辆尺寸引用[1] 统计大脑洗车行业统计[互联网].洛杉矶：统计大脑研究所。可从以下网站获得：http：brain.com/car-wash-car-detail-industry-stats/ [2015年2月2日更新; 2016年5月26日引用]。[2] 萨比特·SMM 设计下一代旋转刷洗车机（博士）thesis）。Campusde Azurém Guimareses Portugal，University of Minho; 2015.[3] Cirino JF. 翻转式洗车风机设备。美国专利3,991,433; 1976年11月16日。[4] Schleeter RH，Schleeter KM. 干燥器/汽提车清洗。美国专利4，969，272; 1990年11月13日。[5] 拉森SL，普拉托DJ。谢尔曼工业，受让人.自动洗车设备用干燥机。美国专利4，949，423; 1990年8月21日。[6] Belanger M，Wentworth RJ，Turner BS. 贝朗格公司，受让人。轮廓干燥机。美国专利5，755，043; 1998年5月26日。[7] 史密斯CR 谢尔曼工业，受让人.自动洗车风机控制系统。美国专利4，995，136; 1991年2月26日。超小型机Sabet等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）398413[8] 罗杰斯湖比文斯温彻斯特公司，受让人。洗车烘干机控制系统。美国专利4，836，467; 1989年6月6日[9] Schleeter KM. 翻转洗车与收回布条。美国专利5，339，478; 1994年8月24日。[10] WashTec. 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