油麦兼用型气送式集排器增压管气固两相流仿真与参数优化

为明确增压管结构对油麦兼用型气送式集排器分配均匀性的影响,该文运用DEM-CFD气固耦合方法仿真分析了波纹间距、凹窝深度和增压管长度对种子运动特性、分配均匀性和增压管气流场的影响,台架试验研究了增压管长度和气流压强对分配均匀性的影响.结果表明:增设增压管明显提高种子分布均匀度系数,降低种子速度和分配均匀性变异系数.速度流场分析表明增压管波峰与波谷的气流速度和压强交替变化,增压管中种子速度与受力呈现"正弦形"变化趋势.凹窝深度、波纹间距和增压管长度分别为4.2、15和180 mm时,种子分布均匀度系数和分配均匀性变异系数分别为91.17%和4.91%.台架试验表明,在优化结构参数组合下,排种油菜和小麦的气流压强分别为1200和1600 Pa时,分配均匀性变异系数分别达2.84%和2.89%.该研究为分析增压管中种子运动特性和优化其结构参数提供了参考.     

油菜精量气压式集排器排种性能试验

为提高油菜精量气压式集排器的排种性能,该文通过对充种和清种2个基础过程解析,明确了影响排种性能的主要因素,确定了相关试验因素的范围,并以华油杂62种子为对象,采用L27(313)正交试验设计研究了清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对集排器排种性能的影响。结果表明,清种气嘴口截面形状、充填高度、清种气流流速和排种滚筒转速对排种均匀性影响显著,清种气嘴口截面形状、充填高度和排种滚筒转速对各行排量一致性有显著影响,并确定了其较优参数组合。优化组合试验得出选择矩形截面形状的清种气嘴,充填高度27 mm,清种气流流速10 m/s,排种滚筒转速20 r/min的最佳参数条件下,排种均匀性变异系数为8.07%,各行排量一致性变异系数为1.95%,种子破损率低于0.1%。该研究为油菜精量气压式集排器结构优化与排种性能的提升提供了参考。     

基于CFD离散相模型的气流式皮棉清理机参数优化

气流式皮棉清理机能有效的清除不孕籽、破籽等杂质,提高皮棉等级,且对皮棉不产生任何损伤。为提高气流式皮棉清理机的除杂效率,降低纤维损耗,对其除杂机理进行了分析。通过建立基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的离散相模型(discrete phase model,DPM)对皮棉纤维轨迹、杂质轨迹分别进行了追踪分析,并对影响落棉率、除杂率的入口速度、出口压力和排杂槽口尺寸3个参数进行了仿真试验。通过正交试验方法,共进行了25组试验。根据正交试验的极差和方差分析,得出了影响气流式皮棉清理机落棉率的参数排序是入口速度槽口尺寸出口压力,影响除杂率的参数排序是槽口尺寸入口速度出口压力。通过建立综合评分标准,得出了气流式皮棉清理机的最优加工参数为入口速度20 m/s,出口压力-650 Pa,槽口尺寸30 mm,此时落棉率为5%,除杂率为90%。通过现场的加工试验验证,表明仿真分析所得出的优化组合和优劣分析是可行的,可为气流式皮棉清理机的加工工艺改善提供依据。     

文丘里洗涤器净化生物质燃气流场数值模拟及试验研究

针对文丘里洗涤器净化生物质气化燃气中的焦油液滴问题,借助CFD软件Fluent对文丘里管内部流场进行数值模拟,得出其压力与速度分布特性,从能量转化角度分析了文丘里除焦过程流场变化规律,结果表明文丘里喉管段压力大幅减小,其压力能转化为燃气流体动能,形成了较大的湍流提高净化效率。通过试验和数值模拟研究文丘里内部流场总体压力损耗,将液气比3L/m3、喉口气速70～120m/s条件下的文丘里管总体压力损失试验与模拟数据对比表明二者结果基本吻合。对文丘里净化生物质燃气除焦效率的研究表明喉口气速大于90m/s时,利用经验公式根据文丘里洗涤器实际总体压力损失可以有效估算除焦效率,误差范围在7%以内;喉口气速大于90m/s、液气比高于2L/m3时除焦效率可以达到90%以上。研究结果可以为文丘里洗涤器净化生物质燃气的工程应用提供参考。     

气吸式割前摘脱联合收割机惯性分离室压力损失的影响因素

鉴于气吸式4ZTL-1800割前摘脱稻(麦)联合收获机的惯性分离室的体积和压力损失一般都较大。该文在前期研究工作基础上，确定以惯性分离室为对象，选择隔板长度、上盖安装高度、分离室长度、分离室入口气体速度为试验因素，以压力损失为评价指标，进行了四因素五水平二次正交旋转组合试验，获得了上述参数对压力损失的影响规律。在保证分离室分离效率的前提下，以分离室压力损失最小为目标，得出了惯性分离室的优化结构参数：隔板长度1180 mm，上盖高度1120 mm，分离室长度1700 mm。研究结果可为惯性沉降分离室的设计提供参考。     

气吸板式超级稻精密排种器设计与试验

针对现有水平吸盘式排种器种盘结构复杂、整体气腔体积大、气压分布不均匀、气流不稳定、受风量和压力因素影响大等问题,该文设计了一种多气道气吸板式排种器。排种器吸种板采用分气道组合气腔结构,依靠吸种板的来回翻转和种箱的上下移动来实现充种和排种;按超级稻每个取秧面积2±1粒的机插育秧播种要求,吸种板采用在单位取秧面积内双孔对角布置的吸种气孔设计方案;对研制的排种器,以两优培九超级稻为试验对象,选取真空度、种箱移动速度、充种角度以及吸孔直径作为试验因素,进行充种性能的正交试验,通过试验得出充种性能最优参数组合为种箱移动速度0.12 m/s、真空度1.5 k Pa、充种角度120°、吸孔直径1.0 mm,最优参数组合下的充种合格率94.26%、漏播率2.47%、重播率3.27%;在充种性能最优参数组合下,选择不同播种效率作进一步播种性能试验,当播种效率为300盘/h时,合格率达到90.52%,满足了超级稻精密育秧播种要求。研究结果对保证超级稻育苗质量、实现机械化种植、增加产量和收益具有重要意义。     

气吸板式超级稻精密排种器设计与试验

针对现有水平吸盘式排种器种盘结构复杂、整体气腔体积大、气压分布不均匀、气流不稳定、受风量和压力因素影响大等问题,该文设计了一种多气道气吸板式排种器。排种器吸种板采用分气道组合气腔结构,依靠吸种板的来回翻转和种箱的上下移动来实现充种和排种;按超级稻每个取秧面积2±1粒的机插育秧播种要求,吸种板采用在单位取秧面积内双孔对角布置的吸种气孔设计方案;对研制的排种器,以两优培九超级稻为试验对象,选取真空度、种箱移动速度、充种角度以及吸孔直径作为试验因素,进行充种性能的正交试验,通过试验得出充种性能最优参数组合为种箱移动速度0.12 m/s、真空度1.5 kPa、充种角度120°、吸孔直径1.0 mm,最优参数组合下的充种合格率94.26%、漏播率2.47%、重播率3.27%;在充种性能最优参数组合下,选择不同播种效率作进一步播种性能试验,当播种效率为300盘/h时,合格率达到90.52%,满足了超级稻精密育秧播种要求。研究结果对保证超级稻育苗质量、实现机械化种植、增加产量和收益具有重要意义。     

气力集排式水稻分种器设计与试验

针对水稻直播高速作业和大播量的要求,设计了一种适用于气力集排式水稻直播机的分种器。从直播机的适应性、作业速度、播量调节等方面研究了气力集排式分种器的分种机理,分析了分种器的适应性、均匀性和稳定性;根据水稻种子的物理特性,采用Solidworks Flow软件进行计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真,对比不同结构分种器速度流场分布图,得到了较优等种数流场,获得了分种器设计参数;分种器划分为等种数流场结构、输送结构、下种结构,等种数流场结构又分为聚种、分种、派种3部分,通过理论分析与流体仿真计算,对比速度大小和离散度,模拟等种数速度场流线图,优化分种盖结构,选择合适的气源,设计了气种混合均匀的分种器,提高了直播机分种的均匀性和稳定性。试制了分种器并进行了台架试验,试验结果与CFD仿真分析基本一致,设计的10行分种器各行之间和行内播量变异系数分别为3.58%和4.55%,设计的20行分种器各行之间和行内播量变异系数分别为3.91%和5.04%,能满足不同直播机的要求。试验结果表明,直管输送管增加波纹结构有助于水稻种子向管道中央集聚;排种管的长短影响分种效果,特别是行内的稳定性,排种管的长度应尽可能一致;分种器内部结构影响气体速度场的分布,分种器内外盖形成的等距圆弧结构和输送管内波纹结构有利于分种器中气种等种数混合流场的形成,使播种均匀性更好。     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作，有效利用气流对物料进行吹散分层，并提高水稻籽粒透筛效率，该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进，改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机，振动筛上筛使用百叶窗筛，其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析，数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀，筛片开度越大，筛片之间越容易产生小型涡流，从而造成气流混乱；使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量，对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致，验证了数值模拟结果的准确性；进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充，分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz，得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好的结论，其籽粒含杂率为1.52%，损失率为1.11%；且由结果分析可知，百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作，提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路，为进一步研究打下了基础。     

砧木上苗定位机构吸附块仿真设计与性能试验

为解决嫁接机人工上苗过程中砧木子叶损伤和叶柄劈裂问题，采用正压气流压苗和负压吸附定位原理，设计一种辅助自动上苗作业的砧木上苗定位机构。通过建立机构有限元分析模型，在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸附块内部气流场进行动力学仿真，获得气室内部流场分布情况及各因素对砧木子叶吸附力的影响。采用仿真正交试验对吸附块结构参数进行优化设计，确定吸附块各因素对吸孔平均吸力影响的主次顺序依次为出口负压、吸孔直径、吸孔深度；当吸附块出口负压3 kPa，吸孔直径1 mm和吸孔深度4 mm时，吸附块对子叶具有较好的吸附能力。上苗试验结果表明：该机构对白籽南瓜子叶吸附成功率为96.67%，压苗成功率为99.33%，综合上苗成功率为96.03%，伤苗率仅为0.67%，作业性能满足嫁接机自动上苗作业要求。子叶吸附失败原因是子叶方向和上苗高度控制不准确，以及子叶展角过小导致叶柄劈裂。吸附块作业面仿形和结构参数仿真试验对提高砧木柔性和安全上苗具有重要意义，大幅缩短了吸附块设计周期，研究结果为解决嫁接机自动上苗问题提供理论依据和设计参考。     

出口管过渡圆弧对抗性消声器性能的影响及应用

为了降低基于声腔模态的进出口管布置原则设计的抗性消声器的压力损失,该文以典型的扩张式消声器和回流式消声器为例,探究了出口管过渡圆弧对其压力损失及传声损失的影响规律。结果表明:出口管施加过渡圆弧对传声损失的影响很小,却能有效降低压力损失;随着过渡圆弧半径的增大,压力损失的变化率减小。最后,在不改变总体尺寸的前提下,基于声腔模态的进出口管布置原则对消声器各抗性消声结构单元的进出口管进行重新布置:进口管和出口管的偏移距离从70 mm改为63 mm,中间管的偏移距离从70 mm改为0,进出口管间的偏移角度从135°改为90°;基于出口管过渡圆弧对压力损失的影响规律对各抗性消声结构单元出口管施加10 mm的过渡圆弧。改进后的消声器不仅传声损失有所提高,且压力损失也得到降低,在750~1500 Hz频率范围内平均传声损失增加了15.3 d B,入口气流速度为60 m/s时压力损失降低了25.20%。研究结果为综合运用基于声腔模态的进出口管布置原则及出口管过渡圆弧对压力损失的影响规律设计及改进消声器提供参考。     

基于Fluent的9R-40型揉碎机三维流场数值模拟

为了对揉碎机空气扰动噪声源的产生机理、噪声特性及其规律进行研究,该文运用计算流体力学软件Fluent对9R-40型揉碎机内部的流场进行了三维模拟,直观显示了揉碎机腔体内的流场特性和流动状态,并且对计算所得的风速曲线和试验测得的值进行对比,结果表明,二者最大相对误差小于8%,且得到了转速为2 800 r/min运动时揉碎机流场的压力分布和内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,低速气流从进气口经高速旋转的转子作用后,产生了旋转噪声和涡流噪声;另外,在出料直管内形成一个回流区,易造成出料口堵塞,也会产生噪声。     

竖井与轴伸贯流泵装置水力特性比较

为比较竖井与轴伸贯流泵装置的水力特性,借助大型商用CFD软件在水泵水力模型、导叶以及流道总长度保持不变的情况下,对竖井和轴伸贯流泵装置进行了数值仿真模拟计算,并对竖井式贯流泵装置外特性进行了试验验证,试验结果表明设计工况点扬程和效率的模拟结果和试验误差在1%以内,非设计工况误差偏大。计算结果表明:进水流道水力损失较小但是能够影响着水泵性能的发挥,竖井与轴伸进水流道出口的面积加权均匀度分别为92.8%、95.2%,1.25倍设计流量工况下,叶轮的效率在竖井内比在轴伸贯流泵装置内效率最多低1.3%。出水流道的水力损失较大并影响着泵装置的性能曲线,轴伸与竖井出水流道水力损失最大值出现在0.59倍设计流量工况点,此时轴伸出水流道内水力损失值为0.459 m,竖井直管出水流道内水力损失值为0.741 m,轴伸贯流泵装置效率比竖井高了3.5%。算例中扬程以1.27 m为分界线,扬程低时竖井贯流泵装置整体性能较好,扬程高时轴伸贯流泵装置性能较好。该研究可为低扬程泵站的选型提供参考。     

进风位置对纵向通风叠层鸡舍气流和温度影响CFD模拟

为提高鸡舍夏季通风效率,改善舍内环境条件,该文通过计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟分别探究了进风口内侧加设导流板及不加设导流板时,进风位置对叠层笼养鸡舍舍内及笼内气流、温度及分布的影响。鸡舍模型通过现场试验进行验证。结果表明:在进风口内侧不加设导流板时,近进风口区域(距首个笼17.5 m之内鸡笼区域)笼内平均风速随着进风位置与鸡笼间距离增加而增大,最大增幅为0.54m/s。而当进风口内侧加设导流板时,不同进风位置时对笼内平均风速相对差异小于10%。同时,随着进风位置与鸡笼间距离增加,近进风口处笼内气流分布均匀性增加,笼内温度呈降低趋势且其分布趋于均匀。但进风位置对笼内环境影响范围有限,文中研究显示,进风位置对气流速度的影响范围为距首个笼27 m之内笼内区域,对气流分布均匀性的影响范围为距首个笼45 m之内笼内区域,对温度分布的影响范围为距首个笼18 m之内笼内区域。研究表明,在叠层鸡舍夏季通风系统进风位置设计中,应尽量设计在山墙,及保证进风口与鸡笼区域无重合,使得进风气流充分发展后进入鸡笼,有助于减少笼内通风弱区及涡流区域。     

基于均流板原理的通风墙型植物工厂循环送风系统设计与模拟

植物工厂是当前可控农业环境的最高形式之一,但植物工厂内温度、气流空间分布不均,不同栽培架之间存在一定温差、气流速度差。为解决气流植物工厂内局部环境因子差异大的问题,该研究对植物工厂进风口设置进行改进,在侧进上出气流循环模式下,借鉴均流板原理设计了一款全网孔通风墙型植物工厂,并通过计算流体力学软件(computational fluid dynamics, CFD)进行模拟,分析该类型工厂下温度、气流速度、CO₂浓度、相对湿度、适宜风速占比、空气龄、指定流线速度变化情况,以评价全网孔通风墙对植物工厂内局部环境差异的改进效果。该设计平均空气龄为7.5 s,是无全网孔通风墙条件下的1/9,空气更新效率有效提升。研究表明全网孔通风墙型植物工厂能有效提升植物工厂内环境因子分布均匀性。     

微热管阵列式太阳能平板空气集热器集热性能

该文在传统平板太阳能空气集热器基础上,结合高效热导元件—微热管阵列(micro-heat pipe arrays,MHPA),提出一种全新的平板式太阳能空气集热器,阐明了该集热器的基本结构和工作原理,深入分析了该新型集热器的传热机理。对集热器的热损失情况进行了理论分析,并对该新型集热器的非稳态集热特性进行了试验研究。通过测试该集热器在不同条件下的集热特性,分析了运行参数及气象参数对其性能的影响规律。结果表明,该集热器在风量为290 m3/h,瞬时集热效率稳定在68%,且具有结构简单,可靠性高,集热效率稳定的特点。     

开孔型折流板太阳能空气集热器参数优化

为了克服折流板引入带来的负面影响,进一步提升折流板型太阳能空气集热器性能,该文采用正交数值试验的方法研究了开孔参数和入口流量参数对集热器效率的影响。选取折流板开孔参数大小、位置、数量以及入口流量4个因素,每个因素取3水平,考虑各因素间的交互作用,设计正交试验方案,进行三维数值模拟计算。结果表明:各开孔因素之间无明显交互作用,入口流量和开孔大小对集热器效率影响显著。最优折流板开孔参数组合与入口流量大小有关,当入口流量分别为0.0044、0.0088和0.0132 kg/(s·m2)时,对应的效率最高开孔参数组合分别为开孔大小(开孔长度与集热器厚度的比值)为1/6、开孔位置(开孔中心距底板距离与集热器厚度的比值)为1/3、开孔数量为3,开孔大小1/3、开孔位置1/3、开孔数量5,开孔大小1/3、开孔位置0、开孔数量5,其集热效率分别为69.63%、81.71%和86.83%。该文结果可为折流板型太阳能集热器的设计和改进提供理论支持。     

微粒捕集器喷油助燃再生喷油与补气的优化控制

为实现柴油机微粒捕集器喷油助燃再生的优化控制,该文基于原喷油量优化控制模型,在考虑补气的前提下,结合过滤体再生入口临界温度模型对其边界终止温度条件的强化,对微粒捕集器再生过程烟气最优升温速度曲线予以了改进,并获得了喷油量/补气量的最优控制目标函数。从其在线优化控制结果来看,喷油量最优值随再生时间变化呈先减小后增加的趋势。相应补气量变化趋势与最佳喷油量的变化一致,受排气氧含量富余程度影响,对应的补气量在越过最低点后增长的速度不一致。试验结果表明,对喷油量/补气量予以最优控制后,整个再生过程油耗可降低34.6%～40.2%。为提高整个微粒捕集器喷油助燃再生过程的操作水平和经济效益提供了参考。     

气力有序抛秧气流场的有限元仿真分析与试验

水稻气力有序抛秧机具有不伤苗等优点,而喷射气流及其控制是这种机型的关键技术,该文应用有限元仿真对抛秧喷射气流场进行了分析.对三种气管结构在三种初始压强作用下的喷射气流区域速度进行了比较,在初始压强为0.8 MPa时,非直线结构气管射流区末端最大气流速度等值线区域比在0.65 MPa和0.5 MPa时小,并且其射流区的气流速度最大点位置在始端偏下方,而在0.65 MPa和0.5 MPa时,气流速度最大点位置仍在射流区域中心线附近.对喷射气流场速度进行了测试,并对初始压强等进行了正交试验,结果表明初始压强为0.65 MPa和0.5 MPa时的抛秧效果比0.8 MPa时要好.试验证明气流场的分布仿真和优化是可行的.