稻米清选的数值模拟研究与试验

采用"多球丛聚法"对稻米、稻秆、碎稻秆三种颗粒进行建模,并利用DEM-CFD耦合方法对不同气流速度、不同气流倾角时稻米清选的过程进行数值模拟,对不同参数下稻米的含杂率和夹带损失率进行对比,分析改变气流速度与倾角对气流速度分布及稻米平均含杂率、夹带损失率的影响规律,设计稻米清选的试验装置并进行了试验。结果表明:当气流速度设置为5 m/s时,稻米的平均含杂率为10.575%,夹带损失率为0.066%,将气流速度增大至9 m/s时,稻米的平均含杂率降低至0.307%,而夹带损失率上升至1.275%;气流速度为9 m/s,气流倾角倾斜10°条件下,稻米的平均含杂率相比气流倾角为0°条件下降低0.025%,而夹带损失率上升0.308%。通过对比发现试验结果模拟与仿真结果基本一致,表明利用DEM-CFD耦合方法对稻米清选过程的模拟是可靠的。     

风筛式谷物清选模拟研究及参数讨论

为研究风筛式谷物清选装置工作原理及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在风筛装置中的运动行为进行仿真,并通过统计稻米含杂率和损失率来衡量不同参数下风筛装置工作性能的好坏。结果表明:所设计的风筛装置可以完成稻米与茎秆的分离。通过对风速8、10、12 m/s的讨论,可以得出增大风速能减小含杂率,但会增大损失率;通过对筛面倾角0°、2°、4°的讨论,可以得出增大筛面倾角会导致含杂率和损失率均增大;通过对筛孔形状的讨论,可以得出选用方孔筛时清选效果更佳。综合考虑,风速为10m/s、方孔筛筛面倾角为0°时,得到稻米含杂率为0.33%,损失率为0.38%,为最佳工作参数。研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。     

基于离散单元法的稻米-茎秆分离机理研究

为了在簸箕中实现稻米与茎秆的分离并揭示其分离机理,对稻米-茎秆二元混合体系在水平振动下的运动行为进行了研究。运用软件SolidWorks建立几何模型,在离散元软件EDEM中进行仿真计算,设定生成稻米总质量为240g,茎秆总质量为6g,振动频率为6Hz,振幅为20mm,仿真总时长为20s。结果表明:簸箕中的稻米和茎秆在垂直方向上出现明显的分层现象,且茎秆位于稻米上方。运用动能定理,并结合理论力学与流体力学相关理论,可以对分离机理作出合理解释。在整个运动过程中,茎秆平均动能为稻米的8.3%,而茎秆在Z方向平均受力为稻米的5442.3倍,是导致稻米-茎秆分离的主要原因。引入稻米体积浓度来量化分层程度,在运动初始时刻,稻米的体积浓度为0.56。研究过程中发现系统中存在局部能量较低的问题,而且正、反向对流卷的存在导致稻米-茎秆没有完全分离,得到稻米体积浓度为0.87。通过在容器底面加横筋的方式,增加簸箕圆弧壁与底部颗粒之间的碰撞,提高系统能量,消除对流卷,最终得到稻米体积浓度接近1。而且添加横筋后,簸箕中的谷物和茎秆分离速度加快,分离效率提高,在10s时即可完成分离。最后对比了二者的分离构型,发现簸箕加横筋之后,稻米-茎秆在水平方向也出现了分离,分界线为一条倾斜的直线。通过对谷物分离的研究可以为农业生产提供新的工艺与设备。     

基于DEM-CFD耦合的谷物多级风选模拟研究

为提高谷物风选效率,强化谷物风选效果,得到最佳风选参数,设计一款多级风选装置,采用离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法,对多级风选过程进行仿真,并引入谷粒体积浓度来量化风选结果,讨论风速和吹风倾角对谷粒体积浓度的影响。结果表明,经过多级风选之后,谷粒体积浓度可达97.18%,相对初始混合状态而言,提高50.97%,并测得谷粒损失率为4.72%。风速和吹风倾角对风选结果有很大影响,风速为8 m/s,吹风倾角为0°时,可以得到较高的谷粒体积浓度,同时有较小的损失率。     

基于EDEM的谷物分离模拟与试验研究

为代替手工作业,降低劳动强度,以簸箕为原型设计一款水平振动的谷物分离装置,采用离散元软件EDEM对谷物分离过程进行模拟,并且运用响应面方法得到最佳振动参数,最后进行试验验证。仿真和试验结果表明:所设计的谷物分离装置可以较好地实现谷粒与茎秆的分离,所得谷粒体积浓度为99.90%。对振动参数的讨论得出,在二维响应面上,谷粒体积浓度为1的两条等高线所夹区域内任选一点,横纵坐标所对应的频率和振幅作为振动参数,即可实现谷粒与茎秆的完全分离。当振动频率为5 Hz时,振幅应在17.5～22.5 mm范围内选取;振动频率为6 Hz时,振幅可在12.5～20 mm范围内选取。所做研究可为谷物分离设备与工艺优化提供一定的理论参考。     

基于DEM-CFD耦合的谷物清选模拟研究

为研究谷物及其杂质在风选装置内的运动特性,降低清选作业中谷物的含杂率、夹带损失率,同时保证谷物的清选率,采用DEM-CFD耦合方法模拟了不同风速及气流倾斜角下谷物的清选过程,并结合空气动力学,分析了谷物及其杂质在流场中的运动状态及分离机理。通过分析不同参数下的仿真结果表明:水平气流速度为5 m/s时,谷物平均含杂率为10.575%,夹带损失率仅为0.066%;随着水平气流速度增大,气流水平作用力P增大,物料飞行系数增加,水平方向位移随之增大。水平气流速度设置为9 m/s时,谷物平均含杂率降低为0.307%,夹带损失率升至1.275%。将气流角度由水平改为倾斜10°时,物料的飞行系数变大,谷物平均含杂率有所下降,而夹带损失率升高。