肥料颗粒流掺混与时滞排肥模型及预测控制研究
发布时间：2019-07-15 11:46
【摘要】：配比变量施肥是精准农业的重要组成部分,合理利用化肥及研究施肥技术对农业发展有着非常积极的意义。现有变量施肥仅能在线调整一种复合肥或单元肥料的排肥量,无法实时调整氮磷钾配比,难以满足土壤和作物的差异化需求。项目针对配比变量施肥进行研究,预在理论上揭示不同尺度的肥料颗粒流掺混机理,实现主要营养元素配比和施肥量的在线精确控制,从而提高肥料利用率、减少施肥量,推动精准变量施肥的发展。本文提出一种配比变量施肥装置,装置由三个肥箱、三个排肥器、三个落肥管、一个掺混腔和一个波纹管组成。应用颗粒离散元法并建立该装置的三维离散元模型,选取三种常用的氮肥、钾肥及磷肥对其掺混过程进行研究。然后分别对装置配置不同掺混腔形状、不同落肥管高度及不同波纹管内径时进行模拟仿真。追踪记录肥料颗粒在装置中的轨迹、速度及碰撞过程,探究肥料颗粒的掺混规律及影响肥料混合的因素。计算落到地面后三种肥料的配比标准差,以此作为评判肥料混合均匀度的标准,对配比变量施肥装置的各结构做出优化。为验证上述仿真结果,课题设计完成一排肥装置试验平台,该平台包括机架的设计、肥料传送装置的设计、数据处理设备的应用与控制系统的设计。试验时借助高速摄像机,对装置中肥料颗粒的运动过程进行实时拍摄,通过图像分析软件进一步分析外槽轮转速、不同掺混腔、不同落肥管高度及不同波纹管等对排肥过程的影响。同时结合仿真与试验,探究排肥系统的时滞特性,给出转速与排肥量的关系曲线,为在实际工作中修正系统作业误差、调整氮磷钾三种肥料的施肥量与配比提供依据。仿真与试验结果表明：掺混腔壁面形状影响颗粒碰撞后的反弹角度与水平速度分量,进而影响碰撞后颗粒在掺混腔中的散布面积；落肥管高度影响颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度,高度越大,颗粒各阶段速度越大,颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大,颗粒混合越均匀；波纹管三角波纹在一定高度范围内可增加颗粒与波纹管的碰撞进而促进颗粒混合,同时随其高度的增大又存在延缓与其接触颗粒下落的特性。
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图片说明： 逦巧肥等效直径／ｍｍ逦巧肥等效直径／醒逡逑图２－１肥料颗粒等效直径分布逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋出ａｍｅｔｅｒ逡逑２５邋ｒ逦２６邋ｒ逦２５邋＾逡逑。。－逦２。－逦２。－逦W逡逑：，｜｜｜｜｜—＿．—N‘１１邋＂ｉｉｉｉｌｉ邋ｌｉｉｉｉ：ｊｕｉｊＩｉＩＩｉＩｉ逡逑０．化邋０．扣邋０．９邋０．９２邋０．９４邋０．９６逦０■邋８２邋０．８４邋０．８６邋０，８８邋０，９邋０．９２逦化扣邋0．邋８７邋0．拍邋0？邋９１邋０．９３邋０．巧逡逑巧肥球形率（４＞）逦棋肥球形率（）逦钟肥球形率（杏）逡逑图２－２肥料颗粒球形率分布逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｒａｔｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逡逑如图２－２为肥料颗粒的球形率分布图，可知Ｈ种肥料颗粒的平均球形率均在９０％邋Ｗ逡逑上，因而采用离散元法仿真分析时，将肥料颗粒的几何形状假设为圆形或球形具有一定逡逑的合理性。逡逑２N２密度的试验测定逡逑（１）
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图片说明： －渗混腔逡逑波纹营逡逑图３－２新型配比变量施肥机械的Ｈ维整机模型逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｄｅｓｉｇｎ邋ｏｆ邋ｎｕｔｒｉｅｎｔ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｖａｒｉａｂｌｅ邋ｒａｔｅ邋ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑该新型配比变量施肥装置的三维模型如图３－２所示。该模型主要由五部分组成，，包逡逑括Ｈ个连体肥箱、Ｈ个排肥器、Ｈ根落肥管、一个肥料aX混腔与一个波纹管。Ｈ个相互逡逑独立的肥箱中间由隔板隔开，三个排肥器固定在相应的肥箱下面，两者之间通过螺栓螺逡逑母连接在一起。Ｈ根落肥管固接在相应排肥器下端且Ｈ根落肥管末端都通向惨混腔中。逡逑该文中采用的氮肥、x锓视胫臃剩戎址柿戏胖糜诓煌氏渲校欧势髯柿吓懦觯义戏柿暇浞使芟侣涞酱锊一烨恢校谏Ｇ恢信鲎膊液：螅帕；旌咸遄钪站刹ㄎ乒苠义吓诺降孛妗ｅ义希常郴冢牛模牛偷呐欧世肷⒃抡驽义希常常卞澹牛模牛腿砑蚪殄义细门浔缺淞渴┓驶倒ぷ魇保贾沾嬖谧欧柿现浼胺柿嫌胱爸酶鞑考涞慕哟ュ义献饔茫馄渲邪ㄅ欧势鞑考幕翟硕⑼獠勐帧⒆枞住⑴欧噬嘤敕柿峡帕５南嗷ュ义献饔眉芭欧势髂诜柿峡帕Ｈ禾迥诓康慕哟ァ⒛Σ痢⑴鲎埠头掷氲龋虼耍柿峡帕Ｈ禾邋义系脑硕榭龇浅８丛印５侥壳拔
本文编号：2514671
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