小型油菜联合收割机吹禾气流管道结构优化设计与试验

针对中国南方丘陵山区油菜收割的现状,设计一种小型吹禾式油菜收割机,对该割台的吹禾气流管道进行结构优化设计,提高各分风管吹出气流的均匀性,从而达到减小油菜收获损失的目的。利用流体动力学软件Fluent对吹禾管道进行结构优化,对管道进行三种优化设计,并根据优化方案制造实物进行验证。数值模拟表明:按照初始模型仿真,分风管道气流速度在38.5～51.1 m/s之间,出口风速偏差S的最大值为17.66%,风速不均匀性C为9.59%;总风管锥形设计、分风管非均匀布置、调整分管孔径,有效提高分风管出口速度的均匀性,出口速度在45～47.5 m/s之间,出口风速偏差S的最大值和风速不均匀性C分别为3.50%、2.95%。验证试验表明:模拟结果与试验结果趋势一致,最大均差为6.49%,优化前后试验值对比:风速偏差S减少14.13%,风速不均匀性减少7.03%,优化方法可行,为进一步研究小型油菜收割机提供重要参考。     

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。     

气吹式排种器设计仿真与性能试验

应用Fluent软件对腔体优化后的气吹式排种器进行了3种工况分析,通过试验研究得到流场在清种、充种过程以及在促进种子流动的同时又周期性地对自流种子进行扰动,防止架空的作用,播种合格率达到95.05%,结果表明合理的腔体设计能有效提高播种效率。      

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。     

基于Fluent的韭菜气吹清洗系统的设计与试验

目前,国内部分根茎类蔬菜清洗技术已经有了不错的进展,但叶菜类等易损伤蔬菜的清洗技术进展缓慢,急需清洗技术相关的理论体系与设备。为此,创新性地采用气吹式清洗方法,运用Fluent软件分析计算得到流场结果与韭菜的风压分布,确定了韭菜受力最大值集中点,即分别在迎风面、韭菜叶中部、根部及正对喷嘴的位置,且这些位置在实际中会产生一定的位移量。同时,结合速度云图与筛网空隙反馈,提出优化喷嘴流速的解决方法并通过三因素二次旋转正交组合试验与台架试验综合测得数据:当清洗量为0.993kg、清洗时间为46.693s、气吹强度为2.391m/s时,气吹效果最好,洗净率86.3%,破碎率3.5%。研究结果为易损伤蔬菜的清洗方法与流程提供了理论基础与方向。     

小区谷物联合收获机气吹式割台设计与试验

为解决现有小区谷物联合收获机割台中有残留、不易清机等问题,设计了一种采用正面气流将禾吹弯再切割的气吹式割台。根据力学原理建立了均匀气流吹禾模型,以小麦顺利进入割台而不掉落为要求,计算得气流支管出口风速为47.35 m/s。以能产生均匀气流为目标,通过理论计算得到气流管道的主要结构参数为:气流总管锥度1∶14.29,气流支管排列间距100 mm。对影响割台残留量和损失率的3个关键工作参数:气流支管出口与割刀的垂直和水平距离、气流支管出口与水平夹角进行了单因素试验和正交试验。单因素试验表明:气流支管出口与割刀的垂直和水平距离在15~27 cm内对割台损失率的影响呈现先降后升的趋势,气流支管与水平夹角对割台损失率和残留量的影响先缓慢减小,后增加较快。正交试验表明:最优组合为气流支管出口与割刀的水平距离21 cm、气流支管出口与割刀的垂直距离21 cm、气流支管出口与水平的夹角10°,此时总损失率为0.88%,割台残留量为1.21 g。气吹式割台残留量少,总损失率低,达到了小区小麦种子收获技术要求。     

基于Fluent的甘蔗收割机排杂装置气流场的模拟

采用商用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对华南农业大学研制的HN4GDL-91型切段式甘蔗收割机排杂装置内部流场进行模拟。利用Pro/E建立三维实体模型,Gambit软件对模型进行网格划分,使用Fluent软件进行数值模拟,在TECPLOT中完成分析。根据实际条件需要设置边界条件,对排杂装置在不同转速下的速度场和压力场进行模拟,并对比模拟数据与实验数据,为甘蔗联合收割机排杂装置结构的设计和优化,以及提高排杂装置效率提供参考。     

气吹式深松铲自由模态试验与分析

对气吹式深松铲进行自由模态试验,得到气吹式深松铲的固有频率和模态振型,通过模态置信准则分析了该试验模态阵型,结果与模态振型矩阵的验证趋于一致,表明模态分析结果与理想情况相吻合。气吹式深松铲的第1阶到4阶固有频率分别为212.073、417.499、463.254、546.504Hz,均远超柴油机的激励频率37Hz,有效避免了气吹式深松铲的共振。通过自由模态试验研究,为下一步气吹式深松铲与气吹式深松机的整机动力学分析奠定基础,并可为后续气吹式深松铲的优化改进、气吹式深松机整机的模态分析、气吹式深松机整机的优化减阻及解决深松深度不平衡等问题提供参考。     

气吹式深松机整机振动试验研究

对气吹式深松机进行田间振动试验,得到气吹式深松机整机振动信号。通过对振动信号时域与频域的信号分析,确定了气吹式深松机振动的基频为9Hz,振动的主频为19Hz。此外,由于存在柴油机与空气压缩机的倍频成分,通过相干分析,确定了柴油机与空气压缩机的振动为气吹式深松机整机振动的主要振动源。研究可为下一步气吹式深松机整机动力学分析提供依据,为后续气吹式深松铲的优化改进、整机模态分析、整机的优化减阻,以及解决深松深度不平衡等问题提供参考。     

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.     

气吹式排种器锥孔的结构参数对排种质量影响的研究

本文运用流体力学的基本原理,对气吹式排种器的工作情况进行了分析。论证了在一定条件下,排种器锥孔中的压力和速度分布可以近似的按角形域进行分析和计算。实际测定结果表明,锥孔中的压力分布规律和理论计算结果基本上一致,从而阐明了气吹式排种器工作过程的实质。根据试验数据,分析了锥孔的结构参数对排种质量的影响,提出了确定气吹式排种器锥孔结构参数的原则,为气吹式排种器的设计提出了初步的理论依据。     

草地蝗虫吸捕机吹吸式吸嘴的试验研究

针对草地蝗虫吸捕机吸捕率低、蝗虫破碎等问题,在对原直吸式吸嘴进行理论分析的基础上,结合蝗虫在吸捕时的躲避特性以及对蝗虫悬浮速度的实验测定,设计了吹吸式吸嘴.在实验室条件下对吸口气流速度、吹口气流速度、吹口倾角、吹口宽度等影响吹吸式吸嘴回旋气幕形成的主要因素进行了试验研究,并与直吸式吸嘴进行了对比试验.试验表明:吹吸式吸嘴可将吸口气流速度从原来直吸式的20m/s降低为现在的14m/s,减轻了后续设备的负荷;与具有相同吸口气流速度的直吸式吸嘴相比,其轴向、径向吸捕距离分别延长到1.5～2倍,负压吸捕区增大到2～3倍,能够有效地吸捕蝗虫,提高了吸捕率.     

苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统优化设计与试验

为提高苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统工作性能,利用EDEM软件和Fluent软件对气送式集排系统工作过程进行联合仿真,以管道内部流场压力与速度变化情况、种子颗粒速度与受力情况为指标,分析波纹管和分配头结构参数对集排系统工作性能的影响,进而优化了其结构参数。以输种弯管弯径比、波纹管长度和分配头锥角为试验因素,以各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数为试验指标,进行Box-Behnken响应面分析仿真试验,获取集排系统最优结构参数组合。结果表明,当弯径比为0.96、波纹管长度为183mm、锥角为123.4°时,各行排量一致性变异系数为3.06%,总排量稳定性变异系数为3.17%。样机大田性能试验结果表明,在不同的螺旋输送机输送效率条件下,苇状羊毛种子、固体颗粒肥各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数均小于5%。     

渐缩式空气雾化喷嘴设计与仿真

为了提高喷嘴雾化效率,基于维多辛斯曲线理论,对喷嘴出口结构进行优化,研制出了一种新型渐缩式空气雾化喷嘴。利用Fluent软件基于DPM方法和标准湍流模型,模拟仿真了喷嘴雾化的速度分布和粒径分布,并分析不同喷嘴气液夹角对雾化效果的影响。分析结果表明:雾化气体速度在轴线方向随距离增大而明显减小,在径向方向上呈标准正态分布;当气液夹角α=20°时,雾化气体速度最大,液滴索特尔平均直径(SMD)最小,雾化效果最好。     

气吹式排种器气流辅助充种装置的设计及实验

为解决播种机核心部件——气吹式排种器在充种过程中存在的充填速度慢、充填效果不佳等问题，进而达到提高充种效率的目的，设计了气吹式排种器气流辅助充种装置。通过对已掌握资料和实物样机的比较，分析了工作过程原理，在此基础上进行了结构优化。试验分析结果表明，具有气流辅助充种装置的气吹式排种器的排种效果好于一般气吹式排种器，采用气流辅助充种装置充种，间断气流有助于提高充填合格率、充填性能和充种效率。      

枸杞气吸采摘参数试验研究

为了获取气吸采摘枸杞果实的最佳工作参数,首先测得枸杞的相关力学参数,运用FLUENT软件对气吸式枸杞采摘试验装置的气吸管道进行建模仿真,得到了气吸管道内气体压力云图及速度云图,并对枸杞进行了气吸采摘试验。将仿真与实测的数据对比分析后,发现管径22、25、32mm的气吸管出入口的压差和风速差的仿真结果与实测数值接近,误差较小,证明了试验结果的可靠性。最终,确定了采摘枸杞的最佳工作参数:气吸管径为25mm,风速为27. 5m/s,气吸角度为90°,此时成熟枸杞脱落所需时间平均为1. 92s,破果率为6. 67%。该研究可为气吸式枸杞采摘机的研发提供参考依据。     

气吸式播种器排种盘结构参数分析及优化—基于Fluent软件

根据气吸式播种器的结构及原理,运用流体知识建立数学模型,分析了真空室速度与负压的影响因素,并运用Gambit、Fluent软件模拟仿真及验证数学模型分析的可行性。同时,进行了排种器性能试验,结果表明:排种盘上吸种孔壁与轴心夹角在0°~45°增大过程中,有利于种子吸附,以及风机选型与动力匹配;排种盘上吸种孔壁与轴心夹角为30°~45°时,排种器排种效果最好。最后,分析得出数学模型、模拟数据和试验数据,为今后排种盘的设计制造及气吸式播种机动力选型提供理论依据。     

气吸式蜂王浆取浆机吸浆头的流场数值模拟与结构优化研究

【目的】优化吸浆头内部流场结构、入口气流速度和压力分布对于改善气吸式蜂王浆取浆机的作业质量具有重要意义。【方法】基于Fluent对吸浆头流场进行了数值模拟,分析了吸浆头结构的流场分布、入口处速度和压力分布,在此基础上提出了针对吸浆头结构的优化方案。【结果】数值计算结果显示,吸浆头结构优化后减小了气流相对壁面的冲击,并减小了型腔内低压回流区,改善了腔内流动分布;吸浆头内外侧吸管入口处平均气流速度和压力差分别降低了28.1%、24.5%。【结论】通过吸浆头结构优化有利于减少蜂王浆在型腔内的沉积附着,并减小内外侧吸管的气流和压力差异,进而改善取浆质量。     

侧深施肥装置三通管气固两相流仿真与试验

为探究气吹式侧深施肥装置三通管不同结构特征对气流和肥料颗粒运动的影响,通过理论分析,设计气流入口与出口轴线垂直的a型三通管、气流入口与出口轴线呈45°夹角的b型三通管、气流入口与出口同轴的c型三通管。在三通管内径为28 mm、通入气流速度为16.4 m/s、肥料颗粒流量为20 g/s的条件下,采用CFD-EDM耦合方式对不同管道内气流、压力、颗粒运动状态进行仿真分析。结果表明：气流经a、b、c三种类型三通管产生不同的流动效果,进而影响肥料颗粒运动特性,颗粒最大运动速度分别为1.99 m/s、2.94 m/s、2.07 m/s,期间颗粒产生最大碰撞力分别为0.05 N、0.13 N、0.34 N。通过验证试验对比表明,采用b型管侧深施肥装置排肥稳定性变异系数为0.81,肥料破损率为0.72%,施肥过程中无肥料堵塞。     

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。