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。     

油菜精量气压式集排器的设计与试验

为有效解决型孔轮式排种器用于油菜排种时难以精确控制播量,清种、护种环节易剪切破坏种子的问题,采用气流清种与气压护种组合作用技术,设计了一种具有"倒方锥"型孔的油菜精量气压式集排器。该文对气压式集排器的工作原理进行了阐述,确定了其主要结构参数,并建立了油菜籽在清种区和护种区的力学模型,以总排量稳定性变异系数、各行排量一致性变异系数以及种子破损率为评价指标,以清种压差、护种压差及排种滚筒转速为试验因素在室内台架与田间条件下开展了排种性能试验研究,试验结果表明设计的集排器排种性能较优、种子破损率低,在清种压差250 Pa、护种压差150 Pa、排种滚筒转速以20~40 r/min时,其总排量稳定性变异系数≤2%:各行排量一致性变异系数≤2%;种子破损率0.3%。田间试验结果表明该集排器播种性能良好,满足油菜种植农艺要求。该研究证明采用气流清种与气压护种组合技术的"倒方锥"型孔油菜精量气压式集排器可用于小粒径、易破损种子的精量播种,为型孔轮式集排器结构改进与优化提供了依据。     

内燃机配气机构系统刚度的虚拟设计

为了确定内燃机配气机构两质量简化模型中配气机构系统刚度这一关键参数,对现有WD615机型的配气机构进行了三维建模,应用不同结构单元划分方式进行了有限元计算,在此基础上求解了多种型号配气机构系统刚度。在标定试验系统精度的基础上,采用激光传感技术对仿真结果进行了试验验证。研究结果表明:应用有限元方法计算配气机构刚度较为准确,计算结果和试验结果误差在5%之内。以刚度统计结果为基础,得出随着气门质量的增加配气机构系统刚度近似成二次多项式增加,气门系统自振频率位于30000～50000次/min。该研究为开发新型配气机构提供了依据。     

气送式排肥系统分配装置结构型式对排肥性能的影响

针对油麦兼用型气送式播种机宽幅、高速播种同步施肥时,气送式排肥系统采用不同结构型式分配装置排肥过程中各行排肥量一致性和破损率具有明显差异的生产实际,该研究以平顶式、平顶倒锥式、穹顶式、穹顶倒锥式分配装置为研究对象,确定了分配装置的主要结构参数,基于Hertz理论构建了颗粒肥料与分配装置主体间的弹性碰撞模型。应用DEM-CFD气固耦合分析了4种型式分配装置对肥料颗粒运动特性及排肥性能的影响,结果表明:每秒生成肥料颗粒量相同时,穹顶式、平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置内肥料颗粒的各时刻最大速度、最大碰撞法向力、各行排肥量一致性变异系数均逐渐增加,穹顶式分配装置内肥料颗粒最大碰撞法向力大于30 N的比例最小,为1.56%。利用智能种植机械测试平台开展气送式排肥器排肥性能验证试验,结果表明:台架试验中不同型式分配装置内肥料颗粒破损率变化规律与仿真试验中肥料颗粒最大速度、最大碰撞法向力变化规律一致;穹顶式分配装置内肥料颗粒各行排肥量一致性变异系数为6.35%～7.52%、破损率为2.97%～3.26%,其排肥性能总体优于平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置,满足排肥性能要求,为分配装置结构改进提供参考。     

Numerical simulation and optimum design on airflow distribution chamber of air-impingement jet dryer

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNG k-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的; 平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160 mm且第一块平板较喷管轴线高14 mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNGk-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的;平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160mm且第一块平板较喷管轴线高14mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验

为克服人工授粉效率低、花粉分布均匀性差等缺点,实现杂交水稻制种机械化授粉,该文设计并试制了击穗-气吹式杂交水稻授粉机,利用CFD数值仿真技术对该机气吹嘴式和气吹孔式2种授粉管的气流场分布进行数值模拟,测试了不同流量下授粉管各吹气孔流速;然后进行田间授粉试验,采用重力玻片法检测了授粉机授粉与人工授粉时花粉分布。结果表明,在相同进气口速度条件下,吹孔式授粉管外部分气吹孔气流倾斜,授粉管外侧存在气流未达到的死区;气嘴式授粉管外侧各气吹嘴气流方向基本一致,可为气流授粉提供均匀稳定的气流场,吹嘴式授粉管是较理想的授粉管型式;在进气口风速为5.4、10.0和13.5 m/s时,吹嘴式授粉管各气吹嘴出口气流速度的模拟与实测值沿授粉管的变化趋势一致,气吹嘴出口气流速度模拟值与实测值的平均误差分别为2.14%、2.40%和3.43%,气流沿授粉管分布的均匀性变异系数分别为14.76%、15.93%和16.31%。田间授粉试验表明,在气吹嘴出口平均流速为7.3 m/s时,该机的每行花粉量及各母本行花粉量分布的均匀性上均优于人工授粉,授粉效率高于人工授粉法,为杂交水稻制种机械化授粉提供了实用机型。     

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。     

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。     

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。     

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。     

油菜精量直播机气力式排种系统稳压控制方法与试验

针对气力式油菜精量联合直播机因拖拉机后输出轴转速变化影响气力系统中风机工作转速,导致排种器工作气压波动,进而降低排种性能的问题,提出一种基于溢流释压的气力系统稳压控制方法,即通过测试风机实际转速变化情况、风机转速与气力系统气压关系,确定溢流阀预设气压值,根据该预设值计算溢流阀的释压弹簧结构参数和工作参数,并通过流量-压力理论分析和稳压控制性能试验验证参数有效性。以2BFQ-6型油菜精量联合直播机气力系统为对象,利用该方法开展稳压控制试验:通过田间测试确定播种机组在田间稳定作业时风机工作转速变异系数达8.15%,结合测定的气力系统风机转速与气压关系,确定风机实际工作转速应在2 020~2 620 r/min范围内,正负气压阀溢流稳压控制预设值分别为1 000和-5 500 Pa;通过溢流释压阀结构及释压特性分析,确定采用中径30 mm、节距10 mm、有效圈数8圈、线径为1.0、1.5 mm的碳素钢丝圆柱螺旋弹簧作为正、负压释压阀的释压弹簧,其弹簧调节螺栓预压缩量分别为6.7和7.8 mm;稳压控制验证试验表明设计的稳压控制系统将排种器气室正压、负压偏差率分别降低45%和110%,使气室气压保持在适宜范围内,气压控制响应灵敏性及稳定性均满足要求;当风机工作转速在2 000~2 700 r/min范围内变化时,排种器的排种量变异系数减小2.68%,提高了排种稳定性。研究表明提出的溢流释压稳压控制方法可有效解决油菜直播机田间作业时排种器工作气压波动大、排种量稳定性差的现实问题,可为播种机设计、气力式排种系统性能优化提供参考。