空气净化机净化动力学分析及气流场数值模拟

采用动力学方法分析空气净化机理,对过滤网在吸收过程中的阻力进行了理论推导,为空气净化机滤纸、进出口风道的优化设计提供依据.从空气净化机内部气流场出发,建立内部气流场的几何模型,以多孔介质模型来模拟过滤网;通过Fluent软件数值模拟空气净化机内部气流,分析了进口风速在1 ～5 m/s变化过程中,不同高度(0.05,0.10,0.15 m)截面上的压力场和速度场变化.结果表明:风速在l ～2 m/s时,气流稳定;HEPA滤纸在高度为0.10m截面上对气流的阻力最大.为了获得更好的内部气流场,应尽量增大进风口和出风口的面积,使之覆盖的面积与主流风道大体一致,这样可减少涡流现象,并可降低出风口处的气流叠加效应.通过Fluent软件模拟效果良好,可为实际使用中的现场流场问题提供理论指导.     

双出风口多风道离心风机内部流场数值模拟

针对现有全喂入式水稻联合收获机风筛式清选装置中单风道离心风机的缺点,运用Solidworks软件建立了双出风口多风道离心风机的流道模型,利用ICEM软件进行了网格划分,并用Fluent软件对双出风口多风道离心风机内部流场进行了三维数值模拟,确定了风机的结构尺寸。改进后风机内部流场仿真结果表明:双出风口多风道离心风机的上出风口和叶轮外边缘处气流速度较大,叶轮流道的压力沿径向逐步增大,下出风口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的气流速度逐步增大,风速衰减距离增加,有利于气流覆盖整个筛面;上出风口处横向气流基本成层状分布,下出风口的3个风道横向气流呈中间高两边低的对称分布,存在明显的边界效应。分析了风机转速、进风口直径和分风板角度的变化对风机内部流场分布、出风口风速、风量的影响:上出风口和下出风口Ⅱ和Ⅲ的风速、风量和压力最大值随风机转速的增加逐步增大;各出风口的风量及风速最大值随进风口直径减小(或增加)而减小(或增加),其中下出风口Ⅰ变化较明显;上、下分风板角度的改变使得下出风口的风速和风量发生了较大变化。     

果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验

针对果园多风道喷雾机内部气流分布不均导致由出风口吹出的气流紊乱、影响使雾滴在果树冠层上均匀沉积的问题，对多风道喷雾机内部导流板长度参数进行了优化。应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术，基于Star-CCM+软件对喷雾机送风系统内部气流进行了模拟分析，得到出风口1~6的风速在不同导流板长度的标准差分别为0.7468、0.6776、1.4441、5.1305、4.5768和0.8209。对风速标准差较大的出风口3、出风口4、出风口5进行响应面分析，最终确定导流板1长度200.00 mm、导流板2长度60.00 mm、导流板3长度50.00 mm为最优参数组合。在最优组合参数下，计算得到对称出风口3和出风口6的风速值分别为39.135和41.320 m/s，相对偏差为5.58%；出风口4和出风口5的风速值分别为33.022和34.328 m/s，相对偏差为3.95%，符合设计要求。室内风速试验结果表明，在距离喷雾机出风口1.25 m处，风场风速由上层到下层逐渐增大，实现风场按果树冠层形状分布，喷雾机左右两侧风场对称分布，气流分布均匀。果园多风道喷雾机设计满足要求，可为同类设计提供参考。     

FLUENT软件分析导流板在风机出风口风速分布中的作用

自走式果园喷雾机的风机出风口有一块导流板,导流板对于风机出风口气流风速的分布有着重要的影响.文章基于Fluent14.5软件,对于风机出风口风速的分布进行数值模拟,进而分析导流板的角度和长度在气流场中的具体影响作用.     

栽有作物的圆拱型连栋温室强制通风气流场模拟

为了研究连栋塑料温室在强制通风情况下内部风速场,采用流体力学分析软件Fluent软件建立圆拱型连栋塑料温室强制通风模型加以分析。温室内栽种作物以番茄为例,研究了作物高度为0.5、1、1.5、1.8m条件下温室内部的气流分布情况。数值模拟结果表明:作物对强制通风情况下温室内流场有较大影响,作物区域空气流速变化平缓,作物上部风速迅速增加;由于作物明显阻碍气流运动,不同作物高度的温室内气流分布存在较大差别。     

双出风口四风道清选装置内部气流场仿真及试验

针对传统水稻联合收获机普遍采用的单出风口三风道清选装置在收获喂入量8.0~9.0kg/s时存在清选损失率显著提高、籽粒含杂率增加、效率降低等难题,首先运用CFD软件对课题组研发的双出风口四风道清选装置和传统单出风口三风道清选装置进行了内部气流场数值模拟及对比分析,得出双出风口四风道清选装置内部气流场分布对收获喂入量8.0~9.0kg/s工作环境具有更好的适应性。在已搭建的试验台上布置了42个气流速度测点对双出风口四风道清选装置进行多因素正交内部气流场测量试验,结果表明:双出风口四风道清选装置的鱼鳞筛开度为18mm、分风板倾角Ⅰ为28°、分风板倾角Ⅱ为20°时,振动筛上方前、中部整体气流速度达到最大且后部气流速度回升幅度最大,有利于提高清选性能和效率。     

结构参数设计对风筛式清选装置气流场的影响

运用Gambit软件建立风筛式清选装置的二维几何模型,利用Fluent软件中的标准k-ε湍流模型和壁面函数法对清选室内部气流场分布进行了数值计算。对风机出风口风速、出风口角度、出风口相对于筛面的位置、筛子的结构参数、贯流风机与离心风机串联以及导流板的配置等各个不同工况进行了气流场数值模拟,分析了工况不同时,对清选室气流场分布的影响,并提出了改进方案。     

塔型风送式喷雾机导流结构参数优化

针对风送式喷雾机气流腔室顶部气流较弱、风机吹出的高速气流无法被均匀的导向至各出风口的问题,应用STAR-CCM+流体仿真软件、采用正交试验法对风送式喷雾机的导流结构、入口风速等参数进行优化。利用STAR-CCM+软件对不同导流结构参数的喷雾机内部流场进行仿真分析,通过监测喷雾机出风口处的风速值,判断导流结构安装的合理性。通过调整导流结构的布置,改善喷雾机内部气流的导向过程,使得风机产生的高速气流可以被最大化的均匀导向至喷雾机各出风口处,调整气流在喷雾机顶部出风口处的分布效果。结果表明:当喷雾机入口风速为16 m/s,风机安装位置即风机圆心距地面450 mm,导流板5的安装角度为50°,内隔板安装夹角为20°时,各出风口监测点处的平均速度为22.57 m/s,塔型喷雾机各出风口速度均能满足作业需求且分布均匀,实现了果树不同高度冠层均匀着药的目的。     

双风道清选装置的研究

本文推导了计算物料在气流中的三维运动轨迹的微分方程组。在理论上分析了上风扇出风口平均风速和气流方向角、上风扇出风口高度对物料运动轨迹的影响。通过对双风道试验所得回归方程的优化,求得了双风道清选装置取得较好清选效果的上、下风扇出风口平均风速的取值。     

联合收获机多风道清选装置气流场分布与风机参数优化

针对现有联合收获机单风道清选室难以满足脱粒排出物对气流速度和方向的要求这一问题,采用Solid Works软件设计了多风道清选室的流道模型,运用ICEM软件对其划分网格,再利用CFD技术对网格模型进行内部气流场分布的数值模拟,并以离心风机的转速、叶轮的叶片数和风机出风口角度3个设计参数作为实验因素,对清选装置内部气流场分布进行三因素二水平正交仿真实验。通过对多风道清选室全压云图和速度矢量图的对比分析,确定风机叶片数为4、风机叶轮转速为1080r/min、风机出风口角度为25°时,清选装置有利于籽粒从脱出物中有效分离和籽粒的清选。     

几何参数化计算的柴油机冷却风道键合图模型

为确定柴油机散热系统的空气流量及空气流速分布规律,以研究散热性能和风扇风道几何参数之间的关系,建立了风扇风道几何尺寸参数化计算的冷却风道键合图模型.通过分析风扇的尺寸和空气动力性能,应用键合图方法分析风扇风道的功率损失,建立了系统模型,系统模型参数均为元件几何参数及空气特性参数,提出了散热器出风口风速分布预测方程,实现了以风扇转速为输入的散热器风道的流量计算及出风口风速分布预测.样机的现场风速测量实验表明.风速分布预测的误差均值为0.87%,误差方差为0.005 2,风扇风道流量模型可作为冷却系统空气流量的估算方法.     

螺旋风送装置风箱结构设计与试验

基于风箱气流在上下出风口风速差异大、存在风箱出风均匀性差，以及整机施药时液滴分布不均匀的问题，提出运用风箱进风口和出风口的布置、尺寸改变气流流向的方式并设计了一种风箱。利用SolidWorks和Fluent搭建仿真模型，设计三因素三水平正交试验优化风箱内部结构布置和流体分布状态，以入口风速、入口位置、圆角半径为变量，以各出风口风速变异系数作为评价指标，将正交试验结果利用Design-Expert进行方差分析和响应曲面分析。试验结果表明：对风箱出风口风速变异系数影响主次顺序为入口风速、入口位置、圆角半径，入口风速为30m/s,圆角半径为5mm,入风口位置为O点，各个出风口出风速度变异系数小，出风均匀性好，仿真与实际测试值线性相关且仿真结果准确。     

几何参数化计算的柴油机冷却风道键合图模

为确定柴油机散热系统的空气流量及空气流速分布规律,以研究散热性能和风扇风道几何参数之间的关系,建立了风扇风道几何尺寸参数化计算的冷却风道键合图模型。通过分析风扇的尺寸和空气动力性能,应用键合图方法分析风扇风道的功率损失,建立了系统模型,系统模型参数均为元件几何参数及空气特性参数,提出了散热器出风口风速分布预测方程,实现了以风扇转速为输入的散热器风道的流量计算及出风口风速分布预测。样机的现场风速测量实验表明,风速分布预测的误差均值为0.87%,误差方差为0.0052,风扇风道流量模型可作为冷却系统空气流量的估算方法。     

风扇组对气流速度场影响的CFD仿真及验证

针对密植苹果园农药喷施不均匀、药液难以进入冠层内部的问题,结合密植苹果园的种植特点,提出了一种组合风扇的风送式喷雾结构,并通过CFD模拟探究该组合风扇出风口速度和倾角对气流速度场的影响规律。结果表明:随着组合风扇入口气流速度的增大,风送距离随之增大,但气流场分布特性基本一致;随着上下位风扇倾角的增大,3个风扇的相互影响越来越明显,3个风扇气流场的交汇扩大了组合风扇气流场的作用范围,侧位风扇倾角越大,X轴正向气流速度越大且越容易穿入厚厚的冠层内部;在入口风速为9m/s时,上下位风扇最佳倾角为35°～50°,侧位风扇倾角可根据果园植株幅宽特性进行调整;舍去两端误差较大的采样点,各倾角下采样点的相对误差基本分布在11. 00%～30. 00%之间,标准差介于0. 50～7. 50之间,模拟值与实验值的符合性较好。在距风扇安装位置0. 5～1. 5m之间的垂面上,气流场分布总体趋势为:中部流速最大,由中部向两侧逐渐递减。     

烟草喷雾机气流场数值仿真及试验验证

为了探究烟草喷雾机风送系统气流分布情况,利用数值仿真与试验验证相结合的方法分析气流场分布规律。结果表明：1)该喷雾机气流场中气流在喷筒内导流柱两侧分布均匀,喷筒出风口截面处气流分布的仿真结果与实测结果之间相对误差较小且分布趋势一致,证明了仿真模型的合理性和有效性;2)风速与测量位置到出风口截面距离的线性回归方程为y=13.29-9.49x,相关系数为0.721。仿真及试验结果为后续风送系统的优化设计提供了参考。     

气流辅助防飘移流场三维数值模拟

采用离散相模型、标准k-ε湍流模型与Couple算法,应用计算流体力学软件Ansys Fluent,对气流辅助喷雾流场进行了三维数值模拟.研究气流辅助的防飘移机理,分析不同条件气流辅助喷雾对雾滴飘移的影响.计算结果表明:气流辅助通过改变自然气流运动方向,胁迫雾滴运动,可以明显减少雾滴的飘移量;风量越大,产生的飘移越小;气流方向与垂直方向成30.时,产生的雾滴飘移率最小;喷头越接近辅助气流,产生的飘移越小.自然风速小于5m/s时,辅助气流能够有效地防止雾滴飘移;自然风速大于5m/s时,雾滴飘移率大于40％.     

可变边界条件下的Venlo温室温度场三维非稳态模拟

以外界温度、太阳辐射、风速风向作为随时间变化的边界条件,基于CFD方法建立了Venlo温室自然通风三维非稳态数学模型。结果显示,模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.688℃,最大相对误差为8.9%,平均相对误差为2.8%,所建立CFD模型可以准确地描述室内温度场的时空变化。从整个模拟周期上看,温室内温度和室外温度变化趋势一致,室内温度和室外温度平均温差3.09℃;当室外风速从0.81 m/s跃变至1.2 m/s,风向由西南偏南变为西时,温室西侧迎风口局部气流速度出现了先增大后减小的变化模式,温室东侧上部气流速度明显增加,除温室迎风口附近区域外大部分作物区域气流速度维持在0~0.1 m/s的范围内,温室通风入口处x=1.5 m截面和作物冠层y=1.4 m截面平均温度在180 s内分别下降了1.87℃和0.92℃,室外风速风向对温室自然通风降温效果影响显著。     

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。     

风速对温室内气流分布影响的CFD模拟及预测

基于CFD数值模拟技术,采用标准湍流模型和DO辐射模型对室外风速为0.9m·s-1时Venlo型玻璃温室内气流分布模式进行了3-D稳态求解,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值与实测值吻合良好,平均相对误差为13.4%,CFD数值模型有效.采用该模型对室外风速为1.5m·s-1和2m·s-1时室内气流场进行了预测,并得出了3种风速下温室的通风率与室外风速之间呈线性关系,R2=0.9846.风速是影响温室通风率的关键因素.风速低时,室内气流分布模式受室外环境影响较轻微,作物区气流分布比较均匀一致;随着风速的增高,室内气流流速增大并伴有涡流出现,温室高度方向梯度明显.     

干燥机粮层通风阻力特性数值模拟与试验

粮层内部通风阻力特性是影响干燥均匀性和能量损耗的关键因素之一。针对传统的经验公式存在精度偏低、未考虑粮层多孔介质的复杂变化因素和非线性的不确定性问题,基于传统的Ergun模型进行了压力损失因素分析;在通风阻力试验平台测定试验数据,通过探索性分析方法对风速进行分段,引入误差影响因子λ,导出了一种新的基于多孔介质Ergun的稻谷变层压力场模型;给出了优化阻力特性曲线,构建了变层阻力与层厚的数学关系。试验结果证实,风速小于0.2m/s时,λ取值为1;风速在0.2~0.4m/s范围内时,λ取值为0.89;风速在0.4~0.6m/s范围内时,λ取值为0.79。