基于CFD离散相模型的气流式皮棉清理机参数优化

气流式皮棉清理机能有效的清除不孕籽、破籽等杂质,提高皮棉等级,且对皮棉不产生任何损伤。为提高气流式皮棉清理机的除杂效率,降低纤维损耗,对其除杂机理进行了分析。通过建立基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的离散相模型(discrete phase model,DPM)对皮棉纤维轨迹、杂质轨迹分别进行了追踪分析,并对影响落棉率、除杂率的入口速度、出口压力和排杂槽口尺寸3个参数进行了仿真试验。通过正交试验方法,共进行了25组试验。根据正交试验的极差和方差分析,得出了影响气流式皮棉清理机落棉率的参数排序是入口速度槽口尺寸出口压力,影响除杂率的参数排序是槽口尺寸入口速度出口压力。通过建立综合评分标准,得出了气流式皮棉清理机的最优加工参数为入口速度20 m/s,出口压力-650 Pa,槽口尺寸30 mm,此时落棉率为5%,除杂率为90%。通过现场的加工试验验证,表明仿真分析所得出的优化组合和优劣分析是可行的,可为气流式皮棉清理机的加工工艺改善提供依据。     

统收式采棉机载籽棉预处理装置的优化试验

为寻求统收式采棉机载籽棉预处理装置结构与工作参数的最优组合,对其进行了参数优化试验。采用正交试验以及Box-Behnken响应面试验方法,以行进速度、辊筒线速度、排杂间距为影响因素,以籽棉含杂率、清杂损失率为评价指标,对影响该机采收性能的结构与工作参数进行优化试验研究。结果表明:当行进速度为1.3 km/h,辊筒线速度为9.83 m/s,排杂间距为13.23 mm时,优化后籽棉含杂率5.56%,清杂损失率0.84%。棉花纤维检测显示,机采籽棉纤维各项指标等级与手采棉持平,满足生产需求,验证了该装置的合理性与实用性。该研究可为机载籽棉预处理装置的进一步发展提供理论依据,同时为统收式采棉机的推广与发展奠定基础。     

甘蔗收割机排杂风机叶轮结构参数优化与试验

切断式甘蔗收割机排杂风机的作业质量对甘蔗的含杂率有重要影响.为提高排杂风机叶轮的性能,该研究首先针对排杂风机建立了计算流体力学模型,以叶片安装角(β)、叶片数(N)、间隙占比(G)为因素,以风机转速为1650 r/min时的空载风速为指标,设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验,并对叶轮参数进行优化.结果表...     

切段式甘蔗收割机排杂风机结构优化与试验

针对目前机械化收获甘蔗含杂率和损失率高的问题,该研究对广西农业机械研究院有限公司的 4GZQ-180切段式甘蔗收割机风机的内部流场进行了仿真分析并进行了结构优化。该研究表明,原风机叶片和出流室内壁的形状突变、液压马达安装部位凹陷以及主轴阻挡气流均会导致风机内部发生漩涡流动并引起能量损失。优化后的风机叶片前缘和尾缘平滑过渡,提升了叶片性能,优化后的出流室呈圆筒状,主轴轴线与气流主流方向一致,降低了能量损耗,叶轮安装位置远离蔗段,使蔗段不易与叶轮发生碰撞。流量和功率测定结果表明,仿真结果具有较高的准确性。含杂率测定结果表明,优化后的风机在高转速（1 650 r/min）、低行驶速度（1 km/h）时的含杂率与原风机相当,当行驶速度升高至3 km/h后,中（1 350 r/min）、低（1 050 r/min）转速时优化后风机的含杂率明显低于原风机,分别降低了13.91%和20.42%;损失率测定结果表明,优化后风机在低转速时的损失率与原风机最多相差6.48%,当喂入量为1 kg/s时,中、高转速下损失率分别降低了14.77%和28.08%。     

低风速适用型水平轴风力机气动性能优化与试验

为开发低风资源适用型风力机,以100 W水平轴风力机为研究对象,分析不同设计叶尖速比和设计攻角对风轮变风况气动性能的影响;考虑低风速地区风资源数据统计特点,以提高年发电量和降低启动风速为目标,以设计叶尖速比、设计攻角、叶片弦长和扭角为变量,采用NSGA-II算法进行全局多目标气动寻优;开展风力机性能测试试验。结果表明,优化后年发电量提高了9.14%,风轮启动转矩提高了9.62%;在不同负载条件下,优化叶片功率输出均有明显提高,启动风速由3.84 m/s降低到3.03 m/s;该方法避免设计陷入局部优化,提供一种低启动风速与高功率输出矛盾解决方案,为低风速水平轴风力机设计与应用提供重要参考。     

基于RBF神经网络与NSGA-Ⅱ算法的渣浆泵多目标参数优化

由于渣浆泵普遍存在扬程低于设计扬程、效率低、磨损严重等问题,该文选取比转速为75的离心式渣浆泵为研究对象,运用商用CFD求解软件Flunet,选取RNG k-ε湍流模型与欧拉两相流模型对其内部流动进行计算。以离心式渣浆泵的效率、高效区作为优化目标,结合Plackeet-Burman筛选试验,将渣浆泵叶片的进口安放角、出口安放角与叶片包角作为优化变量。采用均匀试验设计安排样本空间,利用RBF神经网络拟合优化变量与优化目标间的映射关联,基于NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优。针对优化所得的Pareto解集,选取其中效率最优个体和高效区最优个体与优化前初始模型进行对比:分析了上述3个个体的通过数值模拟得到的性能曲线之间的差异,得到效率最优与叶片进、出口安放角、叶片包角为21.76?、23.43?、145.56?,高效区最优时为19.38?、22.68?、116.71?。通过试验验证,优化后个体性能得到显著提升,效率最优个体的效率较初始个体的效率提高了3.81%,高效区最优个体较初始个体高效区范围提高了4.33%。给出并分析了上述3个个体在叶轮流道中间剖面上固相相对速度矢量及湍动能分布、叶片工作面、叶轮后盖板的固相浓度分布差异。优化结果表明,该优化方法使叶轮的水力特性得到改善,提高了离心式渣浆泵的性能。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

梨树枝条切割装置刀片参数优化与试验

为降低梨树枝条修剪装置刀片切割力与切割功耗,该文在自制切割试验台上进行梨树枝条切割试验。采用BoxBenhnken中心组合试验方法对切割试验台的工作参数进行了试验研究,以切割速度、动刀楔角、动刀前角为影响因素,以峰值切割力、切割功耗为目标函数,建立了两者之间的多元数学回归模型。试验结果表明:峰值切割力影响显著顺序依次为动刀楔角、切割速度、动刀前角;切割功耗影响显著顺序依次为切割速度、动刀前角、动刀楔角;最优工作参数组合为切割速度150 mm/min、动刀楔角30°、动刀前角3.5°,对应的峰值切割力和切割功耗分别为2.99 k N、20.54 J,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于10%。试验结果可为寻求省力、低功耗的刀片参数提供参考。     

湿帘-风机降温下的温室热/流场模拟及降温系统参数优化

为提高温室夏季降温环境性能,提出了一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的温室湿帘-风机系统的降温环境优化设计方法。采用太阳射线追踪法来模拟太阳辐射对夏季温室内流场环境的影响,并结合温室内作物的多孔介质模型,构建并求解温室三维非稳态模型,模拟了湿帘-风机降温下的温室内部温度场与速度场分布情况。模拟结果与试验测量的温度值和风速值进行了对比,其平均误差分别在4%和6%以内,验证了建立的温室CFD模型的准确性。结合正交试验方法,基于CFD模型对不同温室长度、湿帘面积和风机速度参数条件下的室内降温环境进行了优化设计。根据模拟优化获得的不同配置方案结果,建立了温室长度、湿帘面积和风机速度参数的拟合结果,为夏季华东沿海地区Venlo型温室湿帘-分机降温系统的设计提供了可靠的理论依据。     

新疆白杨河流域水资源的优化配置

[目的]针对新疆白杨河流域存在供需用水矛盾、地下水超采、生态用水量被挤占等问题,对该流域进行水资源优化配置,为新疆白杨河流域经济健康发展及水资源分配提供合理依据.[方法]运用水资源综合评价模型对新疆白杨河流域、达坂城区、托克逊县水资源承载力进行分析,建立以缺水量最小、经济效益最大、公平性最优为目标函数的多目标模型,采用...     

网状滚筒式机采籽棉残膜分离机的设计

新疆棉花特殊的地膜栽培模式导致在机械采收过程中容易混入残留地膜（简称残膜）,残膜的存在是降低机采籽棉质量等级的重要因素之一。为有效清除机采籽棉中混有的残膜,设计了网状滚筒和正压风力结合的分离设备,建立了分离对象的运动控制方程,借助离散相模型(DPM)对机采籽棉残膜分离机的籽棉与残膜的分离原理进行了分析,通过数学模型分析的籽棉运动轨迹和基于CFD仿真分析的籽棉运动轨迹阐释了残膜的整个分离过程,最后对分离机籽棉入口处流场速度进行了试验。结果表明,在保证分离效果的前提下,得到了籽棉在入口处最佳速度为4.5 m/s。该文提出的分离原理和设计方案可以为具有类似特性差异的农产品分离提供理论依据和借鉴。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料\     

风筛选式油菜联合收割机清选机构参数优化与试验

为分析油菜田间实际收获作业状态时风筛选式油菜联合收割机清选机构参数对清选损失率和籽粒含杂率的影响,基于双滚筒风筛选式可移动田间联合收获试验平台,对振动筛振幅、曲柄转速、风机转速和风机倾角4个参数进行了Plackett-Burman试验和响应面回归试验,试验分析表明振动筛振幅和曲柄转速是影响清选损失率的主要因素,风机转速是影响籽粒含杂率的主要因素。采用响应面试验方法分析了单因素和双因素对清选效果的影响,建立了清选损失率和籽粒含杂率的回归数学模型并优化求解了一组最优参数组合,以一组接近最优参数组合:振动筛振幅35 mm,曲柄转速392 r/min,风机转速1 750 r/min,风机倾角29°进行了试验验证,清选损失率和籽粒含杂率分别为0.90%和0.45%。理论求解的清选损失率和籽粒含杂率分别为0.38%和0.48%,与试验值的绝对误差分别为0.52%和-0.03%,籽粒含杂率误差较小,清选损失率误差较大。与该清选机构常用工作参数时的清选损失率和籽粒含杂率对比,清选损失率降低了61%,籽粒含杂率降低了58%。该研究结果和优化方法可为风筛选式油菜联合收割机清选机构的参数选择和优化提供参考。     

背负式喷雾器雾滴分布特性的CFD模拟与试验

为了解决不同喷雾条件对背负式喷雾器雾滴分布的影响问题,采用CFD离散相粒子跟踪模拟方法,研究了距喷嘴垂直高度分别为0.4、0.55和0.7m,喷雾压力分别为0.15、0.2、0.3和0.35MPa,风速分别为0、1、2、3m/s情况下,雾滴沉积分布和粒径分布特性,并进行试验验证。结果表明:沉积率受风速影响显著,随风速增大而降低,但沉积率受喷雾压力影响不显著。模拟与试验结果回归决定系数R2和标准误差SE分别为0.9424、0.039,表明CFD离散相粒子跟踪模拟法可用于评估雾滴沉积分布。雾滴粒径分布模拟结果与试验结果相关性差,CFD模拟法不宜用于评估雾滴粒径分布情况。该研究为后续各类喷雾器数据测量提供参考。     

籽棉异性纤维清理机多目标清理自适应控制模型

为了提高异性纤维清理效率、减少棉纤维损伤,该文以MQZY-10型异性纤维清理机为研究对象,设计了四因素二次正交旋转试验,研究了喂花量、籽棉回潮率、缠绕辊转速和风速对异性纤维清理效率和纤维长度损伤的影响,建立了异性纤维清理机多目标自适应控制模型。试验结果表明各因素对线状异性纤维清理效率影响的大小顺序为:缠绕辊转速风速回潮率喂花量,4个因素均为影响显著因素;对片状异性纤维清理效率影响的大小顺序为:风速缠绕辊转速回潮率喂花量,4个因素均为影响显著因素:对纤维长度损伤影响的大小顺序为:缠绕辊转速回潮率风速喂花量,其中影响显著的因素为缠绕辊转速、回潮率和风速。该模型己应用于异性纤维清理机的多目标自适应控制,在实际生产中用户可以依据棉花品级需求对异形纤维清理机进行适用性调节。本试验条件下,相对于经验固定值控制,线状异性纤维清理效率平均提高了约9.4百分点,片状异性纤维清理效率平均提高了约2-3百分点,棉纤维长度损伤平均减少了约0.051百分点,取得了满意的清理效果。     

手持式风送授粉机工作参数优化与试验

针对果树授粉作业普遍存在授粉量大、授粉作业不均匀等现象,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对风送式授粉作业工作参数作优化研究。以手持式风送授粉机为研究对象,以喷管直径、收缩管直径、电机电压等工作参数为影响因素,以花粉授粉量、喷管出口固相质量浓度、花粉覆盖率为目标函数,建立两者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到风送式授粉机最优工作参数。性能试验结果表明:喷粉量、固相质量浓度影响因素显著顺序依次为喷管直径、电机电压、收缩管直径;覆盖率影响因素显著顺序依次为电机电压、收缩管直径、喷管直径;最优参数组合为喷管直径为5 mm、收缩管直径为7.5 mm、电机电压为8.0 V,对应的花粉喷粉量、固相质量浓度、覆盖率分别为1.70 g/min、17.28 g/m3、77.71%,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于6%。田间试验结果表明:猕猴桃花朵柱头的覆盖率为67.11%,与性能试验结果相比相对误差小于16%。研究结果可为进一步完善风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供参考。     

大豆育种排种盘型孔参数仿真优化与试验

为满足小区育种技术对品种适应性的要求,从黑龙江地区大豆种子的物理参数统计出发,分析大豆种子充种过程,确定排种盘型孔直径、型孔深度、型孔倒角长度与大豆种子均径的比值关系。为了得到排种盘型孔的最佳尺寸参数,利用EDEM软件,仿真不同型孔尺寸的排种盘的排种情况,以排种盘的型孔直径比、型孔深度比、型孔倒角比为试验因素,以单粒率、多粒率、空粒率为试验指标,设计三元二次回归正交旋转组合试验,建立试验指标与试验因素间的数学模型。试验结果表明:对单粒率,型孔直径比影响为极显著(P0.01),型孔深度比和型孔倒角比影响为显著(P0.05);对多粒率,型孔直径比和型孔深度比影响为极显著(P0.01);对空粒率,型孔直径比和型孔深度比影响为极显著(P0.01),型孔倒角比对多粒率、空粒率均无影响(P0.05)。当型孔倒角比为0.14时,型孔直径比在1.73～1.91范围内,型孔深度比在0.76～1.25范围内时,可获得合格指数大于90%,重播指数小于5%,漏播指数小于5%。在最优参数组合下,制作行星齿轮式转位型孔排种盘,与非优化参数下制作的排种盘进行对比验证试验,试验结果表明:行星齿轮式转位型孔排种盘试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真试验的准确性,同时与对照组相比,其具有最佳的作业性能,满足了品种适应性的要求。该研究可为小区育种排种器的优化设计提供理论参考。     

双层种箱式马铃薯排种装置设计与试验

为了提高链勺式马铃薯排种装置排种性能,该研究基于离散单元法理论,使用EDEM软件建立了排种装置数值模型,在对排种过程中种薯运动规律仿真分析的基础上,设计了具有双层种箱结构的排种装置,以空种率和重种率为性能指标,试验研究了排种速度、种勺直径和充种高度对充种性能的影响规律,利用回归方程和多目标优化方法对双层种箱式排种装置进行了参数的优化设计,结果为:1)排种速度0.67 m/s、种勺直径48.6 mm、充种高度0.28 m时,空种率和重种率分别是3.8%和8.8%;2)排种速度0.36 m/s≤v≤0.96 m/s、种勺直径44 mm≤d≤56 mm、充种高度0.15 m≤h≤0.28 m时,空种率小于10%,重种率小于20%。种薯运动规律表明:增大高效充种区、增强种薯流动性可以有效提高充种成功率。试验结果表明:与单层种箱式排种装置相比,双层种箱式排种装置空种率降低50%,重种率降低24.5%;排种速度提高92%时,仍可保证排种性能。该研究为链勺式马铃薯排种装置的优化设计提供指导。