油麦兼用气送式集排器输种管道气固两相流仿真与试验

为研究种子在油麦兼用气送式集排器输种管道中的迁移规律,运用EDEM-CFD耦合仿真方法分析了输种管道直径、长度、横纵管道长度比(k)和接头形式对种子运动特性和气流场的影响;台架试验研究了输种管道结构对排种性能的影响。结果表明:种子在输种管道中受力与速度主要沿管道轴线方向,与气流速度相同,种子迁移的动力主要源自流体阻力。管道出口处种子速度随k增加呈先降后升的趋势,输种管道结构显著影响各行平均排种量和各行排量一致性变异系数。当输种管道直径、长度和k分别为42 mm、1.0 m和2/3时,管道出口处种子速度、两相流相对速度和压强损失较小,排种性能较优。接头为弯管的输种管道出口处种子速度明显高于接头为折线形管道,两相流相对速度表现为弯管低于折线形接头;弯管半径100 mm的输种管道气流场和种子分布均匀,压强损失较小。供种装置转速为10~40 r/min时,排种油菜、小麦时各行排量一致性变异系数分别低于4.0%和5.0%,总排量稳定性变异系数和种子破损率分别低于1.0%和0.1%。     

玉米气吸式精量播种施肥技术及气吸式精播施肥机的构造与使用

精量播种是将一定数量的种子,按照确定的行距、株距,播到确定深度的土壤中,同时在种子上覆盖以适量的湿土,并进行适度镇压,使种子获得均匀一致适宜的发芽环境,达到苗齐、苗全、苗壮,节约种子,减少用工,增加产量的目的。气吸式播种是利用真空度产生的吸力,当排种盘回转时,在真空     

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。     

高速宽幅气送式集排精量播种施肥机的研制

针对目前精密播种机与220.5kW以上拖拉机配套不合理的问题,研究设计了一种高速宽幅气送式集排精量播种施肥作业机。该机播种作业速度在8km/h以上,主要适合平播作业或大垄播种,播种行数为窄垄24行、大垄12行,配套动力为220.5～279.3kW拖拉机,播种作业质量好、效率高,一次加种加肥可播种20hm2以上。     

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%。     

气送式排种器输种管内种子速度耦合仿真测定与试验

设计气流输送式排种系统时需确定种子速度,以小麦种子为试验对象,采用计算流体动力学和离散元耦合的方法在不同播种量与风速情况下对输种管内种子速度进行数值模拟。采用标准k-ε模型非稳态的Lagrangian耦合算法进行气固两相流耦合仿真,在台架试验中运用高速摄像技术对输种管内的种子运动过程进行图像采集,将采集的图像进行二值化、反色、差分、腐蚀去噪声等图像处理,根据种子面积与质心位置特征提取种子的移动距离,并计算得到种子实际运动速度。仿真模拟与试验表明,输种管内种子速度主要受风速影响,播种量对其影响很小;不同风速下输种管内种子速度仿真值与试验值的相对误差范围为4.28%~6.06%,相同位置处不同风速种子速度仿真值与试验值的相对误差范围为4.86%~5.70%,通过计算得到输种管内种子速度的修正系数平均值为0.95。基于气固两相流耦合的输种管内种子速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent耦合仿真测定输种管内种子速度的可行性。     

甘薯秧回收机抛送装置气固耦合模拟与试验优化

为解决甘薯秧回收机抛送功耗高的问题,同时提高抛送装置抛送性能及甘薯秧回收率,对回收机抛送装置的风机结构及工作参数进行优化设计。分析抛送装置甘薯秧动力学特性及功耗影响因素,应用CFD-DEM气固耦合法对抛送装置的输送过程进行数值模拟,揭示回收机内气流速度场分布和碎甘薯秧运动规律。以抛送装置比功耗、甘薯秧回收率、抛送速度为试验目标,风机转速、叶片数、叶片倾角为试验因素进行三因素三水平中心组合仿真优化试验并进行试验验证。优化试验结果表明：当风机转速为880r/min、叶片数为3、叶片倾角为7°时,抛送装置比功耗、甘薯秧回收率及抛送速度分别为718m2/s2、92.79%、5.96m/s。对比试验表明抛送装置优化改进后比功耗降低15.83%,甘薯秧回收率提高1.75%,抛送速度提高5.49%。     

气送式播种机输种管长度影响管内气流分布的机理分析

为探索气送式排种系统输种管长度对排种性能的影响机理,在分析不同长度输种管管内气流平均流速变化规律的基础上,进行流体动力学(CFD)仿真,得到不同长度输种管管内气流速度流场分布图及排种量分布图。采用二次回归通用旋转组合设计试验,以播种量和风机频率为影响因素,以输种管管内气流平均流速、各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数为试验指标,进行了台架试验。试验结果表明:输种管长度增加,输种管管内气流平均流速降低,种子运动速度减慢,排种量减少,且当输种管长度小于2. 50 m时,变化显著;当输种管长度在2. 50～6. 25 m时,气流平均流速降低速率减小,种子运动速度减慢变缓,排种量变化平缓,各行排量一致性变异系数为2. 82%～3. 88%,总排量稳定性变异系数为0. 39%～1. 28%,满足相关标准要求。因此设计时建议输种管长度选择在2. 50～6. 25 m之间。     

气送式播种机气压平衡装置设计与试验

针对气送式播种机输种管长度影响排种性能的问题,设计了一种槽轮式气压平衡装置。装置进种口与上端输种管连接,出种口与下端输种管连接,且各行上端输种管长度相同。台架试验证明,采用所设计的槽轮式气压平衡装置后,总排量稳定性变异系数为0.56%,各行排量一致性变异系数由12.79%减少至2.12%,种子破损率为0.38%,满足相关标准要求。      

2BQD-2型气吸式玉米对生种子播种施肥机设计

玉米对生种子超高产栽培技术研究受到重视。与其配套的2BFM-2型免耕播种施肥机借鉴了国内外典型免耕播种机的经验,结合辽宁西部半旱作区的特点及农艺要求,较好地解决了机具的结构与性能、成本与功能之间的矛盾,可一次完成灭茬、开沟、施肥、播种、镇压及覆土多道工序。     

稻田气力式变量施肥机肥料喷撒器设计与试验

目前水稻施追肥以离心圆盘式撒肥机为主,虽具有幅宽大、作业效率高的特点,但是变量控制精度差。为了满足水稻变量施肥的作业要求,设计了一种气力式变量施肥机,在满足幅宽要求的基础上,还能够实现在幅宽方向上的变量控制施肥。设计了用于该机的肥料喷撒器,对该喷撒器的肥料运动进行了理论分析,并对不同挡板结构的喷撒器进行气流流场模拟分析,对在不同转速下各排肥口的施肥量和不同挡板类型的施肥喷撒器在各自施肥范围内的施肥均匀性进行了试验。试验结果表明：转速对各排肥口的排肥量没有显著性影响,各排肥口的排肥量误差在均值的5%以内;转速和喷撒器的挡板结构类型对单一喷撒器施肥范围内的施肥均匀性具有显著性影响,以施肥均匀性变异系数为指标,排肥轮转速在30r/min左右时,整体排肥均匀性变异系数优于其他转速;而圆锥形挡板喷撒器在所有转速下其排肥均匀性变异系数均优于其他挡板结构的喷撒器,且当排肥轮转速大于30r/min时,该喷撒器的施肥均匀性变异系数小于8%。就挡板结构对喷撒器出口气流场的影响和施肥均匀性进行了比较研究,发现二者具有相似性,初步断定气流场对施肥均匀性具有一定影响。在实际作业过程中为了使单个排肥口的排肥均匀性更好,应当采用圆锥挡板喷撒器,并且在确定作业区域的施肥量下,尽可能调整车速,使排肥轮转速达到30r/min以上,以最大程度保证施肥区域的施肥均匀性。     

气力式播种机气力输送系统流场特性研究综述

气力式播种机气力输送系统是影响气力式播种机性能的关键。为此,首先对气力式播种机气力输送系统流场特性的研究方法与手段从理论分析、数值模拟、实测试验3个方面分别进行了分析和归纳;然后按照气力式播种机气力输送系统工作过程对国内外的研究现状进行了综述。研究结果表明:目前的研究主要通过试验获取气力式播种机气力输送系统操作及结构参数,欠缺完整设计方法,相关设计开发和操作运行环节仍带有一定的半经验主义,理论研究依然处于初级阶段。经验模型、多种流体力学模型及软件也被用来研究气力式播种机的气力输送系统,但在描述流动机理及对流场特性定量模拟上还有一些困难。因此,描述气力式播种机气力输送系统流场特性仍是一个极具挑战的研究领域,需要深入研究其中的气固两相流理论,建立更加真实的仿真模型,使得研究更加贴合实际,从而为气力式播种机向高速、宽幅、自动化方向发展奠定坚实的基础。     

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。     

稻麦变量施肥机控制系统设计与试验

针对稻麦变量施肥智能化程度低、通信系统可靠性和兼容性差等问题,研究设计了一种稻麦变量施肥机控制系统。该系统以CAN总线通讯作为现场总线,实现各控制节点之间的实时通信;通过GPS导航和处方图得到当前位置需肥量,根据变量施肥数学模型,通过步进电机节点实时调节外槽轮排肥器开度,实现施肥变量调节。试验结果表明:该系统机械结构设计合理,动作响应迅速,定位精准,各行排肥器之间排肥量变异系数最大为1. 78%,变量施肥精度达97%以上,作业效果良好。其控制程序稳定可靠,各控制节点之间通信及时、准确,整机设计合理,系统工作稳定,智能化程度高,各项技术指标满足农艺要求。     

稻麦精准变量施肥机排肥性能分析与试验

为提高基于近地光谱技术的稻麦精准变量施肥机排肥性能稳定性,改善变量施肥控制精度,建立了外槽轮式变量施肥机离散元仿真模型,运用离散单元法和EDEM 2.2软件对施肥机排肥过程进行性能分析和数值模拟,研究不同排肥器结构和施肥控制策略对施肥机排肥稳定性的影响,并通过台架试验和田间试验验证仿真模型的准确性。结果表明:改进后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小14.59 g,变异系数降低9.9%;采用转速优先控制策略,当槽轮开度为19.34 mm时,排肥量稳定性系数最佳为1.09%;采用开度优先控制策略,当槽轮转速为55.75 r/min时,排肥量变异性系数最小为1.85%;与验证试验结果相比,误差最大为14.06%。结果验证了离散元仿真方法分析颗粒运动过程的准确性,表明所设计改进的排肥器能够提高施肥机排肥稳定性,满足稻麦精准变量施肥要求。     

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。     

水稻水肥耦合效应研究

研究寒地黑土区水稻水肥耦合效应对产量的影响规律,运用二次饱和D-416最优设计方案,以施氮量、施钾量、施磷量、分蘖末期土壤含水率占土壤饱和含水率的百分比为设计因子,以产量为目标因子,编制四因素二次饱和D-416设计表,结合基于实数编码的遗传算法与BP神经网络强大的函数拟合、寻优功能,以设计表中四因素为输入层,产量为输出层,建立基于RAGA-BP神经网络模型,并对该模型进行预测和优选。结果表明,当产量最高时水肥耦合的最优方案施氮量为1.01g/盆、施钾量为0.63g/盆、施磷量为0.46g/盆、分蘖末期土壤含水率占饱和含水率的75.2%,此时得到的产量为74.78g/盆,与模型预测的最优个体适应度值73.55g/盆误差仅为1.68%,说明该模型能较好的反映出水肥投入量与产量之间的复杂关系,对指导农业生产实践具有一定的意义。     

基于Meta分析的黑龙江省水稻水土肥资源协同优化调配

水稻灌溉水量、氮肥和种植面积的高效管理有助于提升农业经济效益,提高资源利用效率和改善生态环境。以黑龙江省13个市（区）为研究区域,利用Meta分析量化不同灌溉方式和施氮量对水稻产量和温室气体（CO2、CH4、N2O）排放的影响,并建立水肥生产函数。在此基础上,以经济效益、温室气体排放量、水肥利用效率为目标函数构建多目标优化模型,以优化分配各地区的水肥资源,调整水稻种植面积。优化结果表明：控制灌溉和施加氮肥不同程度影响产量和温室气体排放,优化后水稻种植面积减少3.76%,水利用效率提高18.4%,灌溉水量均值为4513.54m3/hm2,氮肥施用量减少11%,氮肥利用效率提高32%,氮肥施用量均值为100kg/hm2;经济效益增加8.1%,温室气体排放降低10.6%。本模型可以量化表征区域尺度基于控制灌溉的水肥施用与产量及温室气体排放的响应关系,协同优化稻田水土肥资源最佳配比,平衡经济、温室气体排放和资源利用效率,有助于黑龙江省水稻不同目标间的水肥资源优化和种植面积调整,促进农业可持续发展,可为水稻水土肥资源优化与管理提供参考。