基于CFD-DEM的聯(lián)合收獲風(fēng)篩選仿真研究.pdf

1、清選作業(yè)在水稻機(jī)械化聯(lián)合收獲過(guò)程中起著不可或缺的作用，清選裝置性能的改善將會(huì)帶來(lái)收獲作業(yè)質(zhì)量的提高。由于聯(lián)合收獲清選過(guò)程的復(fù)雜性，難以通過(guò)傳統(tǒng)方法來(lái)描述其工作狀態(tài)，無(wú)論是理論計(jì)算還是布點(diǎn)測(cè)量都不能準(zhǔn)確地反映出氣流與清選物料之間的相互作用，難以明確當(dāng)物料受到氣流作用時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡和狀態(tài)的改變規(guī)律。采用基于CFD（計(jì)算流體力學(xué)）-DEM（離散單元法）耦合理論，通過(guò)軟件聯(lián)合仿真模擬方法來(lái)研究聯(lián)合收獲風(fēng)篩式清選過(guò)程成為了一種新的選擇。這種聯(lián)合仿真將

2、氣相和固相分別在不同的軟件環(huán)境中模擬，再通過(guò)耦合接口將氣相與固相的相互作用進(jìn)行傳遞，將能更加準(zhǔn)確地描述氣流場(chǎng)以及顆粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　本文介紹了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在風(fēng)篩式清選氣流場(chǎng)方面的相關(guān)研究、簡(jiǎn)單例舉了離散單元法在不同科學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用以及振動(dòng)篩工作過(guò)程中物料顆粒的透篩概率理論研究。
　　采用計(jì)算流體力學(xué)仿真軟件Fluent模擬分析了三種不同結(jié)構(gòu)清選室的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和分布規(guī)律，并對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)中相同位置截面的氣流速度和方向做出對(duì)

3、比分析，結(jié)果表明雙進(jìn)風(fēng)口加裝導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)的清選室氣流場(chǎng)更符合理想氣流場(chǎng)的分布要求。
　　介紹了離散單元法的基本接觸模型，在EDEM軟件中建立水稻籽粒和短莖稈的力學(xué)模型，基于CFD-DEM耦合理論，利用Fluent-EDEM聯(lián)合仿真了三種不同清選室的工作過(guò)程，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明雙風(fēng)口加裝導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)的清選效果優(yōu)于其他兩種，證明了氣流場(chǎng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。并分別對(duì)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速、振動(dòng)篩振幅、振動(dòng)篩振動(dòng)頻率以及上導(dǎo)風(fēng)板角度進(jìn)行了單因素仿真模擬試驗(yàn)，利用

4、SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，分析數(shù)據(jù)表明進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速、振動(dòng)篩振幅以及振動(dòng)篩振動(dòng)頻率對(duì)于清選指標(biāo)的影響均具有顯著性，顯著性水平高低依次為進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速>振動(dòng)篩振幅>振動(dòng)篩振動(dòng)頻率，并分別建立了三種因素對(duì)應(yīng)于含雜率和損失率的回歸方程。而上導(dǎo)風(fēng)板角度的變化對(duì)于清選指標(biāo)的影響并不具有顯著性；選擇進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速、振動(dòng)篩振幅和振動(dòng)篩振動(dòng)頻率進(jìn)行三因素三水平正交仿真試驗(yàn)，同時(shí)考慮含雜率與損失率，通過(guò)綜合評(píng)分法分析得到的最佳工作參數(shù)組合為風(fēng)速9m/s，振幅3

5、5mm，振動(dòng)頻率6.5Hz。
　　為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行田間正交試驗(yàn)，通過(guò)更換不同參數(shù)的收割機(jī)零部件來(lái)調(diào)整試驗(yàn)水平，采用綜合評(píng)分法得到了最佳工作參數(shù)組合為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400r/min（風(fēng)速9m/s），振幅35mm，振動(dòng)頻率6.5Hz，同正交仿真試驗(yàn)所得結(jié)果一致。數(shù)據(jù)也表明在正交試驗(yàn)中，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速）、振動(dòng)篩振幅和振動(dòng)篩振動(dòng)頻率對(duì)于清選指標(biāo)的影響依然具有顯著性，并且顯著性水平高低排序仍然為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速>振動(dòng)篩振幅>振動(dòng)篩振