一种新型圆筒筛的性能分析

为了提高圆筒筛的筛分性能，提出了一种新型的圆筒筛——螺旋钢丝圆筒筛。它是由钢丝条按一定螺旋方向和螺距缠绕而成，钢丝条之间的间隙成为筛孔。在结构上，螺旋钢丝圆筒筛既具有较高的开孔率，又具有波纹筛和沉孔筛的特点。与普通圆筒筛相比，被筛分的小物料落入筛孔的概率有了较大的提高，增加幅度在３０％以上。对比试验结果表明，螺旋钢丝圆筒筛确能提高物料筛分的分离完全度，但物料的轴向平均速度有所下降     

基于离散元法的油莎豆摘果脱出物筛分分析与试验

油莎豆作为一种新型油料作物，其联合收获机摘果脱出物的筛分是机械化收获的重要环节。为了提高筛分效果，以现场采样油莎豆摘果脱出物样本物料为研究对象，测定出样本物料油莎豆颗粒组分质量分数为76.8%,颗粒大小为13～18mm;建立物料颗粒离散元模型，导入EDEM软件进行不同筛面的仿真模拟试验分析，得出编制筛最佳网尺寸为18mm,筛分效果为91.46%;冲孔筛最佳网尺寸为20mm,筛分效果为87.77%;鱼鳞筛最佳网尺寸为20mm,筛分效果为87.47%;进行台架筛分试验分析，并得出选用筛孔尺寸为20mm的编制筛网可得到最佳综合筛分效率94.32%。研究结果可为油莎豆机械化筛分装置的设计和优化提供理论依据。     

基于DEM的谷物清选筛振动筛分虚拟试验研究

为了研究筛分过程中筛面结构和物料形状对筛分效率的影响,基于离散元法对5个不同筛面开孔率下的圆孔筛﹑方孔筛的筛分效率和复杂粒形物料在圆孔筛﹑方孔筛上的筛分效率进行了虚拟试验研究。结果表明:物料的的筛分效率随筛面开孔率的增加而逐渐增加,且在筛面开孔率相同时圆孔筛的筛分效率高于方孔筛的筛分效率;3种典型农业物料形状的颗粒在两种筛面上筛分时,小麦形颗粒筛分效率最高,大豆形颗粒筛分效率其次,玉米形颗粒筛分效率最低;圆孔筛更易于3种颗粒的透筛,筛孔形状对于玉米形颗粒的筛分效果影响最大,小麦形颗粒次之,大豆形颗粒最小。     

摆动筛筛分过程的DEM-PMBK耦合仿真优化与试验

摆动筛广泛应用于谷物分级、清选和种子加工等农业生产活动,筛分过程中筛面存在复杂的平面运动。为探明其筛分机理,以摆动筛和大豆籽粒为研究对象,采用虚—实结合法建立筛面边界模型,提出一种基于离散单元法(DEM)与平面多体运动学(PMBK)的摆动筛耦合模型,对大豆籽粒在筛面上的颗粒流和透筛过程进行数值模拟。仿真结果表明,当颗粒直径达到6.91 mm时,颗粒只能通过三角形筛孔模型,直到颗粒直径达到6.96 mm时,颗粒才能通过圆形筛孔模型。对比仿真试验与实际试验筛下物中不同粒径区间(5.60～7.00 mm)籽粒透筛率沿筛面的分布结果,验证本文提出的虚—实结合法建立的筛面边界模型以及基于DEM-PMBK耦合模型的可行性和准确性,为摆动筛的优化设计及相关研究提供参考依据。     

筛分机理的研究

本文采用正交旋转试验、电子计算机模拟回归分析、同位素示踪技术,以筛的振频、振幅、振动方向角和筛体倾角为试验变量,以大豆、小麦、玉米和水稻为试验物料,以筛分率、谷物在筛面上的移送速度、谷层厚度、沉降速度和跃起高度为指标,对往复平面运动筛的筛分机理进行了研究。 分析得出:谷物在筛面上的移送速度与筛分性能的关系;谷层厚度与筛分性能的关系;沉降速度与筛分性能的关系;谷物在筛面上的跃起与筛分性能的关系。综合分析了谷物在筛面上的动态特征对筛分性能的影响——筛分机理。     

燕麦弧形栅格筛复清选式圆筒筛清选装置设计与试验

为了解决燕麦清选装置清选性能低的问题,根据燕麦的物理特性对单风机三圆筒筛清选装置进行了结构改进,设计了一种燕麦弧形栅格筛复清选式圆筒筛清选装置。在大圆筒筛上安装了能使物料跳起、充分分离的跳跃板结构,并且设计和加装了弧形栅格式挡板筛及复清选部件,对大圆筒筛的跳跃板及弧形栅格式挡板筛的清选原理及受力进行了理论分析。以离心风机转速、大圆筒筛转速、弧形栅格式挡板筛倾角为试验因素,燕麦籽粒含杂率和损失率为试验指标,进行了室内三元二次正交旋转组合试验。室内试验结果表明:当离心风机转速为1 500 r/min、大圆筒筛转速为110 r/min、弧形栅格式挡板筛倾角为41°时,本装置清选效果最好,含杂率为1. 96%,损失率为2. 64%。田间验证试验结果表明,在最优参数下,含杂率为1. 97%,损失率为2. 68%。     

质点在圆筒筛面上的运动特性及对垂直圆筒筛性能的影响

本文导出了能够较全面地描述质点在圆筒筛面上运动的数学模型,并给出便于应用的简化形式。通过电子计算机数值模拟和运动学分析,讨论了被筛物在圆筒筛面上的运动规律和特性,从理论上证明圆筒筛具有效率高和便于调节、控制等优点。文中还给出了由室内试验结果得到的立式圆筒筛工作参数与性能指标的二次回归方程。方差分析表明:圆筒筛速度是影响谷粒分离率的最重要的参数。在适当选择速度之后,筛子清选负荷量、地面坡角和作物湿度在讨论范围内变化对谷粒分离均无显著影响。     

荞麦米筛分物料接触参数测量与离散元仿真标定

荞麦剥壳后输出的主要混合物为荞麦米和荞麦,二者因尺寸差异较小造成分离困难。为了理清混合物分离中难筛物料的分离机理,拟借助EDEM软件对荞麦米筛分过程进行仿真,因仿真中所需筛分物料的接触参数无处查,需逐一确定,本文采用试验测定与EDEM仿真标定相结合的方法研究离散元仿真荞麦米筛分时所需的物料接触参数。试验测定了混合物各物料间、各物料与筛板间的碰撞恢复系数;混合物各物料间、各物料与筛板间的最大静摩擦因数,借助EDEM软件进行正交试验仿真标定以上各个参数。结果表明:离散元仿真标定的平均误差值小于7.90%,试验所测数据准确性较高,可为离散元仿真荞麦米筛分时物料接触参数设置提供参考。     

风筛式清选装置筛下物料分布规律研究

为揭示筛下物料分布随清选装置结构、运动参数变化规律,在QXS-3.0型谷物清选试验台上进行了不同风机转速、风机风向角、曲柄转速、曲柄直径的振动筛下物料分布试验。通过分析不同条件下筛下各物料含量及沿筛面横向、纵向分布情况,得出筛下籽粒重量、杂余重量、物料总重量及含杂率沿筛面横向、纵向分布规律。结果表明,物料在横向上分布极不均匀,荞麦籽粒主要分布于籽粒收集箱中间位置,两侧分布较少;因受风机布置影响,杂余量呈“人”字形分布;而筛下物料含杂率呈“w”型分布,且随各参数变化明显。在纵向上,物料分布也不均匀,荞麦籽粒主要集中于籽粒收集箱中间位置,而前端、后端分布较少;杂余量、含杂率曲线近似,杂余量、含杂率在籽粒收集箱0～1 100 mm区域内增长缓慢,1 100～1 500 mm区域增长迅速。所得结论可以为荞麦清选装置的设计及优化提供理论依据,同时对指导农业生产也有重要意义。     

纵轴流风筛式清选装置性能纵向分布规律的研究

利用自行研制的纵轴流风筛式清选装置试验台,对不同离心风机转速、不同离心风机出口倾角和不同曲柄转速影响下的筛下物和含杂率沿筛子纵向分布规律进行了试验研究,得到筛下物总质量、籽粒质量、杂余质量和含杂率沿筛子纵向的分布规律,对于指导生产具有重要意义。     

旋流泵内部盐析颗粒流场PIV试验

为探索旋流泵内盐析颗粒的流动规律,利用PIV粒子图像速度场仪对泵内颗粒流场进行了测量,获得了颗粒准三维速度场分布,初步掌握了泵内不同工况下颗粒的流动特征.结果表明,叶轮各轴截面上速度分布差异显著,无叶腔中速度分布呈现强迫涡旋和自由涡旋的特征;流量增加,颗粒流在叶轮进口处相对速度增大,出口处相对液流角也增大,无叶腔小半径处颗粒径向速度分量随之增大;颗粒流存在纵向涡旋,涡旋中心位于叶轮流道中部,且随流量变化并不明显.     

开式离心纸浆泵叶轮流道内部流场PIV试验研究

为研究开式纸浆泵叶轮流道内纤维颗粒对液相流场的影响,采用透明有机玻璃材料制造模型样机,以清水和0.1%质量浓度的头发纤维悬浮液为介质,通过PIV试验对叶轮流道内的流动进行可视化研究.试验结果表明:当输送清水介质时,在大流量工况下叶轮流道内流动稳定,未出现旋涡和低速区;在小流量工况下,当叶轮流道旋转到蜗壳隔舌附近位置时,在叶轮流道中段压力面附近开始产生低速区,且低速区随着叶轮流道靠近隔舌位置和流量减小逐渐增大,在远离隔舌位置的叶轮流道内未产生明显的低速区;受叶片扭曲的影响,在叶轮流道内垂直于泵轴的不同截面上的相对速度大小不同,且随着叶片扭曲程度减小,相对速度差减小;输送头发纤维悬浮液介质时,在纤维颗粒的影响下,叶轮流道内的液相流动相对速度降低,导致在小流量工况下叶轮流道中段压力面附近低速区面积增大;在大流量工况下,纤维颗粒存在使液相流动的相对速度大小分布更均匀.     

玉米籽粒收获机清选装置参数优化试验

针对玉米籽粒直收过程中清选作业损失率高、籽粒含杂率高的问题,开展玉米籽粒收获机清选作业参数优化试验,探究整机作业工况下清选装置作业参数对籽粒损失率和含杂率的影响规律,得到清选作业参数最优组合,并进行田间验证试验。玉米籽粒收获机清选作业参数较优水平区间为风机转速800～1 000 r/min,振动频率6～8 Hz,上清选筛筛孔开度15～25 mm。清选作业籽粒含杂率最优作业参数组合为风机转速1 000 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;籽粒损失率最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率6 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;清选作业综合指标最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm。得到玉米籽粒收获机清选作业籽粒含杂率、籽粒损失率和综合指标的回归模型,田间验证试验表明,籽粒含杂率相对误差为5. 56%,籽粒损失率相对误差为5. 10%,综合指标相对误差为4. 60%,最优作业参数组合表现良好,且回归模型可靠。     

微灌条件下三种过滤器过滤效果试验研究

为了探索砂石、筛网和叠片过滤器对黄河泥沙的过滤效果及其差异性,在不同过滤流量下进行了室内模型试验,并对比分析了过滤后水浊度、颗粒质量浓度、水头损失、瞬时流量等指标。结果表明,砂石过滤器过滤后水浊度和颗粒质量浓度低于筛网和叠片过滤器,且砂石过滤器过滤后水的水浊度和颗粒质量浓度变化曲线较为稳定,筛网和叠片过滤器的浊度滤除比率和颗粒质量浓度滤除比率均低于砂石过滤器。砂石过滤器截留的泥沙粒径分布均匀,而筛网和叠片过滤器截留能力体现在大粒径,因而砂石过滤器更能充分实现过滤功能。砂石过滤器水头损失随时间呈现递增趋势,而筛网和叠片过滤器变化幅度不大,分析认为后者未能充分截留泥沙,判定水头损失小不代表过滤效果好。综合可知,砂石过滤器过滤黄河泥沙效果优于筛网和叠片过滤器。     

深海采矿混输泵内流场及粗颗粒运动特性

为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

双叶片离心泵内动静干涉的三维PIV测量

为研究叶轮与蜗壳的动静干涉作用,采用三维PIV对一双叶片离心泵最优工况下叶轮流道内3个截面内的流动进行了测量,每个截面内测量9个叶片位置.结果表明：随着叶片与隔舌距离的不同,叶轮流道内的相对速度场和轴向速度场发生了明显的变化;当叶片在隔舌与蜗壳1断面间时,流道内的流量最小,相对速度场分布最为均匀;在前盖板附近吸力面的流道出口出现了低速区,形成了射流-尾迹结构,并在流道进口发现较强的轴向速度;当叶片随着旋转方向远离隔舌时,流道内的流量逐渐增大,在叶片压力面进口出现了流动分离并产生了旋涡,而流道出口的相对速度变得平稳,同时流道进口的轴向速度减弱;当叶片随着旋转方向靠近隔舌时,叶轮流道内的流量逐渐减小,流道进口的旋涡减弱并消失,流道出口的压力面附近相对速度降低,吸力面附近的相对速度增大,同时流道进口的轴向速度继续减弱.     

羊草种子脱出物料风筛清选装置设计与试验

针对目前全喂入联合收获机收获羊草种子过程中存在损失率大、含杂率高的问题,根据清选作业流程,结合羊草种子自身物理特性,搭建羊草种子风筛清选装置,并对清选部件、喂料装置、接料装置进行设计优化。进行风筛清选装置室内性能试验研究,通过单因素试验,得出清选性能随各因素变化的规律,利用响应面试验建立各因素与含杂率和损失率的关系,并对各因素及其交互作用进行分析。最后得出较优工作参数组合为：振动筛转速275 r/min,风机转速985 r/min,喂入量0.087 kg/s,在此参数组合下试验的含杂率为27.3%,损失率为3.3%,风筛清选装置满足设计要求,可为研发羊草等禾本科牧草种子全喂入联合收获机提供参考。     

双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置设计与试验

蓖麻脱出物组分复杂,清选后含杂率高,且没有专用清选装置,清选效率低,为此设计一种双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置。首先对清选装置总体结构进行设计,采用双层风吹式同步振动结构。其次,对装置的振动筛、清选室、出料口等关键部件进行设计。采用离散元法对清选筛结构进行参数优化,以哲蓖4号为试验物料,测定物料离散元参数,通过单因素试验,分析上筛面筛孔排列型式、筛孔直径、筛面倾角对筛分效率和损失率的影响。确定最佳设计参数为U型筛孔排列、筛孔直径14mm、筛面倾角8°。为了获取最优的工作参数,采用离散元法与计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）耦合方法对清选过程进行仿真分析。对单目标函数进行参数优化,当振动筛振幅为8.43mm、振动筛振频为6.00Hz、气流横向角为40.00°时,蓖麻脱出物的最大筛分效率为98.20%。当振动筛振幅为7.00mm、振动筛振频为7.76Hz、气流横向角为40.81°时,蓖麻籽粒的最小损失率为2.02%。以振动筛的振幅、振频和气流横向角为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,设计了正交组合试验,建立各因素与指标间的数学回归模型,并对模型进行参数优化。结果表明,当振动筛振幅9.00mm、振动筛振频6.16Hz、气流横向角40.00°时,蓖麻清选装置的筛分效率和蓖麻籽粒的损失率最优,分别为97.66%和2.32%。最后,设计出蓖麻清选装置,通过台架试验对最优参数组合进行试验,实际筛分效率与损失率分别为93.15%和6.94%,与预测结果误差在5%以内,同时实际所得到的籽粒含杂率为0.83%,满足使用要求。     

Effect of filter, emitter and location on clogging when using effluents

The effect on emitter clogging of four filtration systems (sand, screen, disc and a combination of screen and disc filters) and six emitter types placed in laterals 87 m long, using two different effluents with low suspended solid levels from a wastewater treatment plant, was studied for 1000 h. Four of the emitters were molded and welded into dripline wall, two of them being pressure-compensated and the other two non-pressure-compensated. The other two emitters, both pressure-compensated, were inserted into thick wall. Emitter clogging was affected mainly by emitter type, location along the lateral and the interaction between these two factors. Differences among emitters with larger clogging were only observed at the end of dripline. Two molded and welded emitters showed the worst performance: one non-pressure-compensated with the lowest passage section, and the other pressure-compensated that, after 800 h working at higher dripline flow and particle load, experienced an important decrease in flow rate. Only with the effluent that had a higher number of particles, did the filter and the interaction of filter and emitter location have a significant effect. Emitters placed after screen and sand filters showed the largest flow rates at the lateral ending, even though only sand filtration significantly reduced turbidity and suspended solids. Emitters protected by a disc filter experienced the largest flow rate reductions.