洗衣机关键洗涤参数对洗涤效果影响的数值模拟研究

作     者：刘世伟 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙锐

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：波轮洗衣机 布料模型 洗涤效果评价 CFD-DEM方法 

摘      要：洗衣机因其将人们从繁重的家务劳动中解放出来,逐渐成为了家庭中不可或缺的家用电器。随着人们对于家用电器功能的期望日益提高,对洗衣功能的细分需求和洗衣流程的智能化、高效化也提出了更高的要求,而要满足这些要求就需要深入研究洗衣机各洗涤参数对洗涤过程的影响机理。为此,本文对不同洗涤参数下的洗涤过程开展了数值模拟分析与实验分析,主要内容如下:⑴布料建模方法研究。从力学模型、数学模型以及接触模型的角度分析了布料的质点——弹簧模型;通过实际布料的力学性能测试方法推导了质点——弹簧模型中各弹簧常数的计算公式;并根据实际测试结果计算确定了模型中各弹簧常数值。⑵基于CFD-DEM的洗涤过程数值模拟方法研究。根据实际流场特性选取了湍流计算模型及多相流模型;根据实际波轮洗衣机结构建立了流场几何模型;分析了CFD与DEM方法的耦合算法,并基于耦合算法对计算域网格的要求研究了近壁区与核心区的网格划分方法。⑶基于流场模拟的洗涤效果评价方法研究。根据流场模拟结果分析并选取了湍动能与布料受力作为洗涤效果评价指标,并分别分析了洗涤过程中各洗涤参数的影响机理。⑷洗涤参数对洗涤效果影响关系的实验研究。设计搭建了波轮洗衣机实验平台,并通过洗涤实验分析了各洗涤参数对洗涤效果的影响;结合流场模拟与洗涤实验的结果,分析了各洗涤效果评价指标的评价效果。研究表明,湍动能和布料受力与实际洗净率均具有较为显著的相关关系,在一定程度上可以通过湍动能与布料受力对洗净率进行预测及评估,为后续通过数值模拟方式进行洗涤流程优化提供了依据。