正负压式精量排种器设计与仿真优化

针对机械式排种器伤种率高、均匀性差以及气吸式排种器易堵塞等问题,设计了1种滚筒正负压式排种器,并基于有限元法与离散元法对滚筒正负压式排种器的排种性能进行分析,利用Fluent仿真软件分析了吸种负压值、种孔直径以及每排种孔数目等结构参数对排种器性能的影响,通过径向截面压力图以及速度矢量图的分析得到排种器较优结构参数：种孔直径为2.0 mm,每排种孔数为28个,以及吸种负压范围为-4.0～-2.5 kPa;利用EDEM-Fluent耦合方法对种子颗粒运动轨迹以及排种器转速对种孔的吸种性能的影响进行了仿真,仿真发现合格率随着转速的增大先增加后减少,重播率以及漏播率相反,最终确定排种器较优转速在19 r/min到27 r/min之间。本文的研究可为精量排种器的设计提供参考。     

惯性气流式红枣清选系统设计与试验

清选系统是气吸式红枣收获机的重要组成部分,降低清选含杂率、损失率和破损率是实现红枣收获机械化的关键技术。利用枣、杂惯性和流体力学特性差异,设计了一种惯性气流式红枣清选系统,并对其关键部件及结构参数进行设计和分析。采用Fluent软件探明了该清选系统内气流运动形成的“∞”形旋流有利于枣、杂的清选。为获得清选系统最佳工作参数,以气流速度、调节板开度为试验因素,以含杂率、损失率和破损率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验。建立试验因素与指标间的回归模型,采用多目标优化算法进行参数优化,确定清选系统最优参数组合：气流速度为32.0 m/s,调节板开度为3.4 cm。在该条件下开展验证试验,得到含杂率、损失率和破损率分别为1.38%、3.37%和0.60%,与优化参数相比分别增加了0.06、0.12、0.03个百分点。该清选系统满足枣、杂清选作业要求。     

基于CFD的两连跨日光温室热环境模拟

相比单跨日光温室,两连跨日光温室具有单位面积建造成本低,土地利用率高等优势,为深入了解两连跨日光温室热环境性能,该研究基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)构建了相同结构参数和构造材料的单跨和两连跨日光温室热环境模型。通过试验测试两连跨日光温室内的环境温度和各围护结构表面热流,并与CFD模拟的温度场进行对比,结果表明模拟数据与实测数据吻合度较高。在此基础上,基于该CFD模型分别对两连跨和单跨日光温室热环境进行模拟,并提取各围护结构表面热流和温度、土壤温度和空气温度进行对比分析。结果表明,在相同外界气候条件下,两连跨日光温室比单跨日光温室夜间气温高1.7～3.8 ℃,土壤温度高2.9～3.0 ℃,墙体内表面温度高2.9～7.9 ℃;两连跨日光温室的土壤和墙体在夜间,持续向南侧棚室放热,热流稳定,热流密度分别为7.11～8.59、12.65～15.19 W/m²,分别比单跨日光温室土壤、墙体表面热流密度高0.76～2.42,9.71～14.36 W/m²。相比单跨日光温室,两连跨日光温室地表土壤温度和室内气温波动较小,热环境调节能力明显提升。该研究结果为两连跨日光温室的结构优化、耕种管理等提供参考。     

圆弧渐进式红花丝采收装置设计与试验

针对红花切割采收时花丝破损率高、采净率低等问题,该研究结合红花物料及力学特性,设计了一种圆弧渐进式红花丝采收装置。通过对圆弧渐进刀具进行受力分析和切割速度分析,明确了影响采收性能的关键因素为刃口倾斜角和刀轴转速;利用Fluent软件对采收腔室流场进行分析,确定适宜的风机转速,验证腔室设计的合理性。为提升圆弧渐进式红花丝采收装置的工作性能,以刃口倾斜角、刀轴转速和风机转速为影响因素,以采净率、破损率、集净率为响应指标,进行二次正交旋转试验。运用Design-Expert软件建立数学模型,获得最优参数组合为：刃口倾斜角25°,刀轴转速6 44 r/min,风机转速2 800 r/min,对应的采净率为92.1%,破损率为9.6%,集净率为94.7%,对优化结果进行验证试验,结果表明,采净率为91.5%,破损率为9.8%,集净率为94.2%,与仿真优化结果误差不超过5%,表明所设计的红花丝采收装置能较好地完成红花丝采收作业。该研究可为红花机械化采收提供理论依据和技术参考。     

基于流场数值模拟的射流清管器喷嘴优化设计

天然气管道中的黑粉严重影响管输效率与安全,现有的带皮碗、磁铁及钢刷的清管器对黑粉的清除效率较低,且易出现卡球现象。射流作用产生的冲击流场对管内积液、杂质的清除效果较好,基于射流原理提出了利用射流清管器清理天然气管道黑粉的方法。为了达到最佳的射流清除效果,需要优化清管器喷射组件中文氏管喷嘴的关键结构参数。文氏管喷嘴结构包括收缩段、水平段及扩散段,其中扩散段的参数对射流效果起关键作用。基于计算流体力学的原理,以Fluent软件为模拟工具,选定实际气体状态模型定义管道内天然气参数,考虑文氏管喷嘴扩散段中扩散长度与扩散角的影响,对清管器的射流过程进行仿真分析。通过比较不同扩散段参数模型在射流流场中流速和湍流动能的云图以及变化曲线,得到具有最佳射流效果的天然气管道射流清管器喷嘴结构。