基于DEM-CFD耦合的文丘里供种管供种均匀性仿真与试验

为研究影响文丘里供种管供种均匀性的机理,运用DEM-CFD耦合仿真方法分析了不同喷嘴口收缩角下,流体场、耦合场、颗粒场的变化规律,得出收缩角为70°时,流场场压变化明显,作用范围合理,耦合场未出现籽粒堆积现象以及颗粒场吹出种子连续均匀速度一致。为探索种子喂入量与气吹风压对文丘里供种管供种均匀性的影响,进行了正交试验,以供种量变异系数为试验指标衡量供种均匀性。由试验结果极差分析得出,影响均匀性的主次因素为种子喂入量、气吹风压。方差分析得出,种子喂入量为极显著因素,气吹风压为显著因素,两者交互项为不显著因素。试验结果表明,在种子喂入量为1.8kg/min,气吹风压为7kPa时均匀性最佳。在排种器转速为136r/min情况下对上述组合进行排种性能试验验证,得出合格指数为92.18%,漏播指数为0,重播指数7.82%,结果表明此种组合下文丘里供种管供种均匀稳定,与理论优化结果基本一致。     

残膜阻隔装置气流分配室射流出口结构优化设计

作为残膜阻隔装置关键部件，气流分配室具备优化流场结构、均匀气幕的作用。在气流分配室外部结构受装配空间条件限制难以进一步优化的情况下，射流出口结构参数优化对改善气流分配室内气流分布均匀性具有积极影响。为提高残膜阻隔装置射流气幕均匀稳定性，以速度不均匀系数为评价指标，利用Fluent进行单因素试验确定影响因素取值范围，结合二阶响应面法、第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），得出最优参数组合为：射流出口1长度为70mm、射流出口1宽度为2mm、射流出口2长度为160mm、射流出口2宽度为2mm，此时较原装置，其射流出口速度不均匀系数分别减小28.6%和25.9%。试验结果表明，两射流出口最大速度偏差分别为8.3%和14%，射流出口速度试验值与仿真值分布趋势具有较好的一致性。     

气吹供种滚筒式播种机取种性能的试验研究

针对现有番茄穴盘育苗播种机空穴率多、单粒率少,难以满足尺寸小、外形不规整、流动性差的加工番茄种子"一穴一粒"精量播种技术要求的规状,创新设计了一种基于气吹供种方式的滚筒式番茄育苗播种机。以此为基础搭建了基于气吹供种方式的滚筒式育苗播种试验装置,并以单粒率、空穴率、多粒率为试验评价指标,试验探究了主要因素(种箱气室正压力、孔径、滚筒转速)对主要评价指标的影响规律。试验结果表明:影响取种性能质量指标的主次关系依次为种箱气室正压力、孔径、滚筒转速;影响取种性能质量指标最优组合:当种箱气室正压力为2k Pa、孔径为1.2mm、转速为14r/min时取种综合效果效果较理想。     

气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器设计与实验

为解决辣椒等小颗粒、不规整种子机械化精量排种问题,设计了一种气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器。为此,阐述了气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器的工作原理,确定了各部件主要结构参数,并对种子吸附过程进行了力学分析。以新疆新选8819辣椒种子为试验对象,通过正交试验方法对影响排种器性能因素进行分析,得出影响排种器性能因素的主次顺序为气室压力、滚筒转速、吸种角度。当吸种角度为20°、种箱气室正压值为2kPa、滚筒转速为12r/min时,可获得单粒率为91.5%、多粒率为5.4%、漏播率为3.2%。经试验验证,样机满足辣椒育苗精量播种的种植要求。     

基于流化原理的气吹供种装置的设计与流场仿真

设计了基于固体流态化原理的气吹供种装置,并应用CFD软件Fluent对种子流化室进行流场仿真,分析了供种装置流化室内距离布风板不同高度H的参考横截面和出口处流场的分布。结果表明:气流流场的不均匀性随距离布风板高度H的增加而减小;同时,由于壁面摩擦阻力的存在,近壁附近区域气体流速最小。仿真分析可为气力供种装置的优化提供理论支持。     

气吹悬浮供种滚筒式播种机吸附取种理论分析

根据新疆番茄穴盘育苗排种器播种过程对种子的"单粒单穴"的农业工艺要求,创新设计了一种基于气吹悬浮供种方式的滚筒式番茄育苗播种机,解决了精密播种过程中多粒、空穴、漏播等问题。通过介绍播种机的主要结构及其播种原理,分析排种器吸附取种过程及种子瞬时吸附受力,得出滚筒吸附取种的条件。通过样机试验及吸附取种理论分析,得出影响播种机取种性能主要指标的主次关系依次为种箱结构气室正压力、吸孔的直径、滚筒转速。当种箱结构气室正压力为2.0k Pa、吸孔直径为1.5mm、滚筒转速为12r/min时,取种综合效果效果较理想。同时,通过试验设计及数据处理,得出较优水平组合,统计结果为:单粒率92.5%,多粒率5.3%,空穴率3.0%。气吹悬浮供种滚筒式育苗排种器的播种效果较佳,可满足农艺要求。     

气吹供种的滚筒式排种器性能的试验研究

针对如番茄、油菜、花卉等小颗粒作物种子外形不规整、流动性差、难于实现精量播种的难题,提出基于气流悬浮理论供种的设计方案,研制了一种气吹供种滚筒式排种器。针对研制的排种器,以番茄种子为试验对象,以种箱气室正压力及滚筒吸孔孔径、滚筒转速为试验因素,进行正交试验,并利用数据处理软件对试验结果进行极方差分析,确定影响排种性能指标的因素优水平、主次顺序及优化组合,合理配置适于取种性能指标的结构参数、工作参数。试验结果表明:气室正压力及滚筒吸孔孔径为影响排种性能指标的主要因素,在滚筒吸孔孔径1.4mm、气室正压力2k Pa、滚筒转速12r/min条件下,排种器的单粒指数可高达92.3%,漏播指数为2.5%,满足穴盘播种的精度与工作效率要求。     

蔬菜气力供种装置的气流仿真与优化设计——基于ANSYS/FOTRAN

供种装置是蔬菜播种装置中的蓖要部分,利用ANSYS/FOTRAN有限元软件对管道气吹供种装置内部流场进行了仿真分析,实现了管道气吹供种装置的优化设计.结果表明.管道入口气流速度在一定范围内变化时,同一方案管道内部气流场分布情况变化不大.比较各方案管道内的气流场分市,确定了管道气吹供种装置的最佳结构形式.     

多出口扇形喷嘴干冰喷射速冻蓝莓特性研究

为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性,优化设计一种多出口扇形喷嘴,喷射出扇形干冰微粒射流,更均匀更快速地冻结蓝莓。建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型。基于Fluent软件,采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究。探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角(60°、70°、80°、90°)在相同的入口流量和出口孔径下,对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响。结果表明：随着V形切槽角的增加,扇形冲击射流宽度降低,冲击射流核心区域内的流速增加。当多出口扇形喷嘴出口V形切槽角为70°时,相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中,整体的冻结速度快,流场最均匀,为此喷嘴模型(入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心布置的孔径2 mm×4的组合)最优出口参数。随后对模拟仿真最优结果进行实验测试,可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min...     

增压器蜗壳喷嘴出口的变宽度设计思想和计算

为了研究涡轮增压器无叶蜗喷嘴宽度对其出口气流速度场分布的影响，用k-ε双方程模拟模拟蜗壳内的气流运动情况，计算了不同喷嘴宽度对无叶蜗壳喷嘴出口气流角和速度分布的影响。计算出发现固定喷嘴宽度难以解决气流角和速度分布不均匀的问题，因而提出了一种变喷嘴宽度的设计思想。计算结果表明，变喷嘴宽度能明显改善气流角和速度分布的均匀性。     

立式循环泵进水流道的内部流场研究

进水流道设计是大型立式循环泵装置设计中的重要环节,为了解不同工况下叶轮对流道出口流场的影响,分别对考虑叶轮影响和不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场进行计算和分析.研究发现不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场特征几乎不受流量变化的影响,而考虑叶轮影响的进水流道情况则比较复杂.在小流量情况下,叶轮流场的进口回流效应会对进水流道出口流场产生显著影响.随着流量的降低,进水流道出口分析截面内的流速分布均匀度和流速加权吸人角两个指标逐渐降低,在0.4Q0流量时,截面外缘出现明显的圆周速度分量,其变化接近于涡核内的圆周速度曲线,并不断向叶轮上游流道扩展.     

稻麦轮作区气动式小麦精准投种装置设计与试验

为实现稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦精量播种,设计了一种气动式小麦精准投种装置,该装置通过气动加速将小麦种粒高速精准投置于清洁土壤内。以稳态气体流速、入口负压为试验指标,出气室直径、喉嘴距和接收室直径为影响因素,利用Fluent分析进行气动式小麦精准投种装置的关键结构参数设计。Fluent分析结果表明:该装置的较优组合为出气室直径为6 mm、喉嘴距为10 mm、接收室直径为32 mm,此时稳态气体流速为524 m/s,入口负压为15. 966 kPa。较优参数组合下的投种性能台架试验结果表明:当作业速度为1. 2 m/s、投种高度为0. 1 m、进气室压力为0. 5 MPa时,小麦种粒可高速冲击进入土壤,实现高速精准稳着床点播、且无破损,平均投种速度为43. 8 m/s,平均投种深度6. 78 mm,投种速度、投种深度变异系数分别为8. 3%、5. 8%,投种性能稳定。     

大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律，双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带，必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。     

网带式花椒干燥机流场模拟与结构优化

花椒干燥过程中网带式花椒干燥机内气流强度和均匀性影响花椒干燥后品质,通过实验进行花椒参数测定和模型可靠性验证,采用多孔介质模型对结构优化前后网带式花椒干燥机流场进行数值模拟研究,根据网带式花椒干燥机气流分布特性提出了增加导流板的优化方案,考察了不同角度导流板气流分布特性。结果表明:导流板角度变化对干燥机气流强度与均匀性有一定影响,最优导流板角度为2.5°,较原始结构在干燥机XY、XZ、YZ面平均速度平均增加6.8%、10.8%、5.2%,不均匀系数平均减小8.7%、8.5%、2.7%。     

高剪切匀浆泵两相流动的数值模拟

为了研究高剪切匀浆泵对物料的剪切混合效果,掌握剪切泵内流场的宏观规律和速度特性,应用三维造型软件Pro/E建立高剪切匀浆泵的水力模型,采用计算流体动力学的数值计算方法,基于Mixture混合模型,扩展的标准k-ε湍流方程及SIMPLEC算法对高剪切匀浆泵进行固液两相流的数值模拟.为了减小网格数量对计算结果的影响,对高剪切匀浆泵进行了网格的无关性检验.对不同流量和转速工况下的高剪切匀浆泵进行了数值模拟及横向比较,分析了流量和转速对剪切泵内流场的影响规律.分析结果表明：物料在经过剪切外腔后混合均匀程度显著提高,说明该剪切泵能对物料起到较好的混合均匀作用;随着流量的增大,固液两相混合均匀化速率变慢;随着转速的增大,两相混合均匀程度及速率变快,但改变转速只对转轮部分有影响,对进口区域的固相体积分数影响不大.     

玉米干储一体仓气流场仿真分析与优化

为提高玉米干储一体仓中气流场均匀性,采用计算流体力学和正交试验相结合的方法对玉米干储一体仓内部气流场分布进行数值仿真和参数优化。通过单因素试验,研究水平进风管位置、竖向通风笼直径、单位通风量3个因素对玉米干储一体仓通风均匀性的影响规律,并通过系列数值仿真及正交试验对干储一体仓通风结构及参数进行优化设计。结果表明：干储一体仓内气流的平均速度,受不同水平进风管位置的影响不明显,随着竖向通风笼直径的增加呈逐渐降低趋势,而随着单位通风量的增加持续增长。速度不均匀系数随水平进风管位置从上到下变动、竖向通风笼直径增加和单位通风量增加分别呈现先减小后增大、先急剧后缓慢降低和整体增加的趋势。其中,竖向通风笼直径对干储一体仓内部流场均匀性的影响最为显著,其次是水平进风管位置和单位通风量。优化后的干储一体仓通风结构及参数的组合为水平进风管位置-0.34m、竖向通风笼直径400mm、单位通风量20m3/(h·t),此方案下干储一体仓内部流场速度不均匀系数综合加权评分值与初始方案相比提高了77.4%,表明了优化方案的可行性。     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.     

气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析

通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。     

立式轴流泵进水流场PIV测量

采用3D-PIV激光流速仪对立式轴流泵喇叭管和进水池内部流动进行了测量,2个典型流量工况下的测量结果表明:设计流量(Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈对称分布,断面轴向流速均匀度达到0.87,无旋涡发生,喇叭管内及泵叶轮进口水流流态良好;大流量(1.2Q0)工况时,叶轮进口断面流速场呈非对称分布,断面轴向流速均匀度仅0.70,流道及喇叭管内有较强的旋涡产生,并进入叶轮诱发振动。分析了旋涡核心区的细部流动结构,导出了旋涡的数字形态,揭示了涡核内水流圆周分速度的分布规律,涡核中心的流速接近为零,圆周分速随涡核半径增加而增大,在半径3~5 mm范围内速度梯度最大,旋涡的强迫涡特征十分明显。提出了基于流量的单元面积加权流速均匀度及相应的计算公式,使过流断面流速均匀度的计算结果更为合理、更加符合实际。     

泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息,分析了射流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后,会形成一个较大的速度环量,导致气液分离不充分,大量液体进入出水管路,泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后,射流器进口处气相体积分数减小,喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小,泵腔出口气相体积分数增大,从而提高了自吸性能。