荞麦洁净式脱粒装置设计与仿真

针对传统荞麦脱粒装置——纹杆闭式切流脱粒滚筒装置脱粒过程中籽粒残留和杂质含量高的问题,开展了洁净系统设计研究。该系统包括2个风速入口,每个风速入口由与纹杆脱粒滚筒方向相同的长820 mm、直径27 mm的小型管道构成,每根小型管道上方开有直径12 mm、间隔6 mm的圆孔,用来清理脱粒装置中的残留籽粒。采用ANSYS Fluid Flow（Fluent）流体动力学仿真技术对纹杆闭式切流脱粒装置风场进行模拟仿真。结果表明,当2个入口同时工作并采用12和15 m/s的风速时,清选风速约等于荞麦籽粒的漂浮速度临界值,在此状况下增大风速入口面积,脱粒滚筒和栅格凹板之间的流场速度为3.8～8.3 m/s,大于荞麦籽粒的漂浮速度,栅格凹板下方的流场速度为7～15 m/s,且流场内负压减少,是最佳方案。      

正负气压式油菜割台分行落粒回收装置设计与试验

针对油菜联合收获分行剪切落粒多、损失高的问题,提出了油菜割台分行损失气力回收方法,设计了正负气压组合式油菜割台分行落粒回收装置。通过正压气流导向收集分行散落物料,并由负压气流定向输送回割台,实现回收减损。基于Fluent构建了回收管内部流场仿真分析模型,单因素试验确定了喉管直径、喉管倾角分别为70 mm、120°,在一定范围内负压气流速度随渐扩角、渐缩角的增大而减小且存在交互作用;以进风口直径、渐缩段长度、出风口直径和渐扩段长度为试验因素,以负压气流速度为评价指标,开展了四元二次回归正交组合试验,结果表明影响负压气流速度的主次顺序为渐扩段长度、进风口直径、渐缩段长度、出风口直径,较优参数组合为进风口直径94 mm、渐缩段长度38 mm、出风口直径115 mm、渐扩段长度350 mm;建立了回收装置内部流场-物料CFD-DEM耦合仿真模型,研究了正压、负压气流速度对物料回收效果的影响,结果表明物料回收率随正压气流速度的升高先增大后减小、随负压气流速度的升高持续增大,明确了较优正压气流速度为20 m/s;基于正、负压气流流量分析,确定了气流分配器中两路气流通道的截面积之比为1∶3;田间试验...     

针孔管式小麦匀播机构气力损耗特性数值分析与试验

针孔管式小麦匀播机构的气道结构复杂、排布密集、截面积多变、弯折狭长,对气流的流通造成阻碍。为优化机构参数、减少气力损耗、提高气力利用效率,本文通过对流体域内可导致气力损耗的区域(变截面狭长圆柱区域、输气管弯折区域、气室汇流区域及负压口-气室连接区域)进行分析,明晰了各区域产生气力损耗的原理及类型,得出横向输气管直径、输气管夹角及负压口直径是影响气力损耗的关键参数。以上述参数为试验因素,以吸种孔平均气流速度、吸种孔最低气流速度及吸种孔速度标准差为试验指标,利用Fluent软件进行三因素三水平正交仿真试验,得到各参数对指标的影响程度,并确定气力损耗最小的参数组合为:横向输气管直径8 mm、输气管夹角105°、负压口直径36 mm。在此参数组合下,吸种孔平均气流速度为86. 4 m/s,吸种孔最低气流速度为75. 16 m/s,吸种孔速度标准差为7. 35 m/s。样机试验结果略小于仿真结果,但趋势一致,验证了数值分析的可靠性。     

气吸式红枣捡拾装置吸气室的设计及流场模拟

针对红枣气吸捡拾易堵塞风管及吸气室内部结构尚需优化等问题,首先阐述了气吸式红枣捡拾装置工作原理和结构设计,然后对吸管口与吸气室进行建模并运用Gambit软件进行网格划分。根据理论分析与前期调研,设置气流速度为42m/s,采用Fluent软件对其内部结构进行流场分析和数值模拟,结果表明:吸气管与吸气室流速稳定并小于吸气室气流速度,确定吸管口直径为135mm,吸气室进出口直径分别为137、180mm。田间试验表明:当气流速度为42m/s时,捡拾率为93.11%,含杂率2.92%,工作性能稳定。该结果为研究气吸式红枣检拾装置奠定了理论基础。     

小型气液射流泵内部流场数值模拟及优化选择

为深入研究采用空气作为工作流体的气液射流泵性能和特征,设计了不同结构的气液射流泵试验模型.应用VOF方法,结合k-ε湍流模型,根据试验所得数据确定边界条件,对相同工作气体压力和不同参数下的气液射流泵内部流动进行了数值模拟.模拟结果表明,带有扩张式喷嘴的气液射流泵流体的速度和静压分布情况比非扩张式喷嘴的气液射流泵的好;喉嘴距为5mm气液射流泵的速度分布情况较佳;混合室直径为6 mm的气液射流泵的速度分布情况较好.带有扩张式喷嘴喉嘴距为5 mm及混合室直径为6 mm的气液射流泵有较好的速度分布.     

三七压穴精密排种装置设计与试验

三七播种株行距均为5 cm左右,属于密集精密播种,为实现三七高密度精密播种,克服开沟易堵塞的难题,设计了一种三七压穴精密排种装置。阐述了三七压穴精密排种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,以云南省文山市三七种子为研究对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种装置进行排种性能试验,选取压穴柱直径、前进速度、投种点到压穴点水平距离为试验因素,建立了合格指数、漏播指数、重播指数、各行排量一致性变异系数的数学模型,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响规律。结果表明,影响合格指数的因素主次顺序为:压穴柱直径、投种点到压穴点水平距离和前进速度。通过参数优化,确定了最优参数为压穴柱直径24. 5～29. 5 mm、投种点到压穴点水平距离330 mm、前进速度0. 44～0. 61 m/s,此时合格指数大于90%,漏播指数小于5%,重播指数小于5%。经2BQ-15型三七精密播种机整机试验可知,作业速度为0. 35 m/s时,播种机合格指数最高为93. 5%,满足三七播种要求。     

基于CFD-DEM的集排式分肥装置颗粒运动数值分析

为研究气力集排式分肥装置中肥料颗粒的流动特性,本文通过离散元法与计算流体动力学耦合仿真的方法进行分肥装置颗粒运动数值分析。在气固耦合模型中,使用EDEM软件模拟固相肥料颗粒,Fluent软件描述气体相。通过研究分配器旋盖锥角和波纹管直径对气流压力、风速及肥料颗粒运动特性的影响,确定分肥装置最佳结构参数,并基于该结构进一步研究入口风速和施肥速率对分肥装置分肥均匀性的影响。模拟仿真和台架试验结果表明:分配器旋盖锥角为120°、波纹管直径为80 mm时,气流和肥料两相在分肥装置中流动性和均匀性最优。在入口风速为25～35 m/s,施肥速率为0. 26～0. 44 kg/s条件下,分肥装置各行施肥量的变异系数均不大于4. 9%,对不同种类肥料的分配精确性和均匀性满足施肥作业要求。     

茶园物理捕虫机吸气筒内部流场模拟与参数优化

为分析工作参数对茶园物理捕虫机捕虫效果的影响,基于fluent软件对捕虫机吸气筒内部流场进行数值模拟与分析,研究不同入口风速及作业角度下吸气筒内部流场的变化规律。结果表明,入口风速和作业角度对吸气筒内部流场变化影响显著,当吸气筒直角作业时,随着入口风速的增大,吸气筒内部流场的整体流动速度逐渐增大,同时其波动也随之增大,其内部压力场变化不大;当吸气筒作业角度为钝角时,吸气筒内部流场整体呈负压状态,非负压区有效减小,更有利于平稳吸虫作业,综合考虑,较优的入口风速为10～15 m/s。采用正交试验方法进行田间试验,得到各因素主次顺序为:入口风速、吸气筒角度、作业速度,最优组合为:吸气筒角度130°,入口风速15 m/s,作业速度0.4 m/s,其平均捕虫率达到83.5%,满足作业要求。     

气力式西洋参排种装置的设计与试验研究

由于播种西洋参需用催出芽的种子,机械排种器播种时极易将种芽碰掉,影响发芽率,不能满足西洋参种子的播种要求。为此,设计了一种气力式排种装置,阐述了气力式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数。同时,以威海文登西洋参种子为播种对象,采用二次正交旋转组合试验,对吸种装置进行了吸排种性能试验研究,建立了行进速度、吸气孔直径、负压3个主要因素与漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素对漏播率和重播率的影响规律,并进行了参数优化。对重播率影响的因素其主次顺序为:负压、吸气孔直径、行进速度;漏播率影响的主次顺序为:吸气孔直径、负压、行进速度。当行进速度为1.5m/s、吸气孔直径为1mm、负压为4 k Pa时,机播重播率低于3.3%,漏播率低于2.3%,装置综合性能达到最优。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足西洋参精密播种的种植要求。     

锤片式饲料粉碎机物料流道内的流场仿真分析

为解决新型锤片式粉碎机分离效率低、能耗高等问题,采用SolidWorks对其粉碎室、分离装置及回料管进行三维建模,并使用Fluent进行流场分析计算,最后使用MATLAB对粉碎机的出料量与回料管的负压值进行分析研究。结果表明:新型锤片式粉碎机的出料量与粉碎室的负压有关。粉碎室的负压分布集中在转轴和出料口下方110 mm处,并随径向方向逐渐降低,当回料管负压值为-100 Pa时,回料管内几乎没有回料;当回料管负压值升高时,回料管内物料浓度增加,分离装置出料口浓度降低甚至为0。通过MATLAB软件绘制分离装置出料量和回料管出口负压的拟合曲线并得到函数关系式并求得当回料管负压值为-595.5 Pa时分离装置出料量最大为11.3 kg/s,粉碎机的分离效率及能耗和流道内的流场有关。     

喉管直径对文丘里施肥器性能影响的数值模拟

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,利用Fluent软件对文丘里施肥器的内部流动进行了数值模拟,并对数值计算方法的正确性进行了验证.模拟分析了喉管进口直径为4,5,6 mm,以及出口直径与进口直径之比λ为1.0,1.1,1.2,1.3和1.4时15种结构方案的吸肥性能.结果表明：喉管直径对喉管及扩散段内流动特性、吸肥性能和效率均有一定影响,但出口直径与进口直径之比λ对文丘里施肥器性能的影响要明显甚于喉管进口直径.根据效率最高原则,喉管直径比应为1.2～1.3.建立了λ=1.2或1.3时文丘里施肥器吸肥效率与流量比之间的回归模型,并应用回归模型预测了吸肥效率最大值.喉管进口直径4 mm的文丘里施肥器当直径比为1.3时吸肥效率可达到15.5%,与直径比为1.0相比,前者的扩散段内部流动平顺、无漩涡出现,且相同横截面的平均湍动能值要小.该研究结果为文丘里施肥器的优化设计提供了一定的理论参考.     

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。     

水轮机活动导叶端面间隙磨蚀特性数值模拟

为了研究水轮机活动导叶端面间隙固液两相流动的规律,以及间隙上下表面的磨损情况,基于Fluent软件的RNG k-ε湍流模型和DPM模型,结合水轮机活动导叶端面间隙流的简化模型(圆柱绕流和后台阶流),数值模拟了不同进口速度下,沙粒体积分数分别为1%,5%,7%,10%以及沙粒粒径分别为0.020,0.050,0.075,0.100 mm时,活动导叶端面间隙的三维非稳态流动.通过定常数值模拟得到不同工况下间隙上下表面的平均磨损率分布,分析磨蚀规律和磨蚀位置.结果表明:流场中平均磨损率分布受间隙流模型的结构和两相流参数设置影响较大.随着进口速度和沙粒体积分数增大,间隙流模型上下表面平均磨损率增大,磨损主要集中在轴前、台阶下游再附点位置以及间隙流出口处,最大平均磨损率约为2.0×10^-6 kg/(m²·s).随着沙粒粒径增大,由于惯性力作用,模型上下表面平均磨损率减小;在沙粒粒径小于0.020 mm时,磨损情况相比其他粒径更严重,最大平均磨损率约为0.100 mm时的2倍.     

JP75型卷盘式喷灌机水涡轮能量转换数值模拟分析

为了对JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行能量转换分析、参数优化及探究其内部流动性能,采用CFD技术,对转速为250 r/min下的水涡轮进行三维建模、多面体网格划分以及数值模拟.分析水涡轮压力云图和速度云图,发现进口管道中不合理的弯道、喉部、喷嘴设计导致了水涡轮运行效率偏低,来流中的压力势能未能转化为有效的叶片冲击动能,大量能量仍以势能的形式储存在液流中.分析过流断面流线图,发现叶片间隙及出口管道入水口处有大量涡旋产生,造成部分能量损失,从而表明现有的JP75型水涡轮进出口设计和叶片设计需要改进.对进水管道喉部之后的射流段和转轮这两处进行能量转换计算,平均效率分别为26.31%和45.44%,转换效率明显偏低.对现有JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行了参数优化设计,经计算,初步确定了优化模型的标称直径为0.201 m、射流直径为0.021 m、设计水头为13.65 m.     

播种机气送式集排器增压管内种子流运移特性研究

播种机气送式集排器增压管是种子颗粒输送过程中的重要组成部分,其结构直接影响到播种机的作业性能。本文运用理论分析与EDEM-Fluent耦合相结合的方法来研究增压管内种子流运移特性。经过理论分析后,得出影响种子颗粒的因素主要有增压管结构、输送气流和装置材料等。由于装置材料和输送气流均是外部因素,本文主要以油菜种子为例,研究增压管结构对种子颗粒运动状态的影响。耦合分析得出：常用增压管中V型波纹式的增压管对种子流有较好的扰动分散等作用;在气流速度为16m/s时,增压管直径为30mm、长度为100mm、宽度为10mm、深度为2mm时出口种子流质量较为均匀,其变异系数为17.32%。开展台架试验验证了耦合参数和模型选择的正确性。     

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。     

气吹式播种机气室结构对流场性能的影响分析

通过对国内外育苗播种机供种方式的研究,设计了一种基于气吹式供种的新方案,并对种箱气室进行了理论分析研究,包括种箱气室内部流场数学模型研究。同时,设计了3种结构形状的气室,运用Fluent软件平台,分别在不同高度,不同宽度、不同入口速度情况下进行正交数值模拟实验,找出各因素对种箱气室出口流场均匀性和出口速度的影响规律及结果,显示种箱气室的入口速度和气室宽度对实验结果有显著性影响,种箱气室结构形状是气室出口速度的大小及流场均匀性为主要影响因素。仿真实验结果为后期样机的制作及其试验提供了有效的理论基础。     

负压驱动水稻精量直播排种器设计与试验研究

为满足目前农户和育种专家对水稻精量穴直播的农艺种植要求,减少育秧插秧环节的人工劳动强度,采用储种仓预充种、负压多孔吸种、高压气力排种与清堵等多种方式和技术,设计开发了一种气力圆盘式水稻穴精量直播排种器,并采用有限元分析软件Fluent15. 0分析了吸种孔的孔径、吸种盘厚度的对气室内部压强、气流速度的作用,进而研究对排种性能的影响。将开发的排种器在自行改造的试验台架上进行了正交试验,研究了吸种孔的尺寸、圆盘转速、负压真空度对排种器排种性能的影响。结果表明:影响排种器排种性能的主次因素依次为:吸种孔直径尺寸、吸种盘的转速和气室的真空度,确定了排种器较为合理的参数:对于圆柱型吸种孔,孔的直径为1.4 mm、转速为30～35 r/min、气室负压值为1. 2～1. 4 k Pa时达到育种要求。同时,对优化后的排种器(吸种盘转速35 r/min、吸种孔直径1. 4 mm和气室负压值1. 4 k Pa)进行台架试验,结果表明:播种合格率为84. 22%,重播率为8.81%,漏播率为5. 97%,满足JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》中的参数指标。     

气力式油菜、小麦兼用精量排种器设计及排种分析

为提高播种机具的利用率,实现油菜和小麦的兼用播种,本文针对油菜和小麦的机械物理特性,设计了一种气力式油菜小麦兼用型精量排种器,确定了排种滚轮、护种板、气室等关键部件的主要结构参数;分析了充种、清种和卸种过程中的种子运移规律,得出油菜、小麦的充种极限速度分别为0.18m/s、0.13 m/s,油菜、小麦的护种板护种角分别为31.5?~43.2?、36.18?~41.40?, 油菜、小麦的气室气压分别为＞342Pa、＞458Pa。台架试验表明所设计的排种器能满足农艺上油菜和小麦播种的要求。