基于CFD-DEM的联合收获风筛选仿真研究

发布时间：2020-08-21 04:24

【摘要】：清选作业在水稻机械化联合收获过程中起着不可或缺的作用,清选装置性能的改善将会带来收获作业质量的提高。由于联合收获清选过程的复杂性,难以通过传统方法来描述其工作状态,无论是理论计算还是布点测量都不能准确地反映出气流与清选物料之间的相互作用,难以明确当物料受到气流作用时运动轨迹和状态的改变规律。采用基于CFD(计算流体力学)-DEM(离散单元法)耦合理论,通过软件联合仿真模拟方法来研究联合收获风筛式清选过程成为了一种新的选择。这种联合仿真将气相和固相分别在不同的软件环境中模拟,再通过耦合接口将气相与固相的相互作用进行传递,将能更加准确地描述气流场以及颗粒在流场中的运动状态。本文介绍了国内外学者在风筛式清选气流场方面的相关研究、简单例举了离散单元法在不同科学领域的运用以及振动筛工作过程中物料颗粒的透筛概率理论研究。采用计算流体力学仿真软件Fluent模拟分析了三种不同结构清选室的气流运动状态和分布规律,并对各个结构中相同位置截面的气流速度和方向做出对比分析,结果表明双进风口加装导风板结构的清选室气流场更符合理想气流场的分布要求。介绍了离散单元法的基本接触模型,在EDEM软件中建立水稻籽粒和短茎秆的力学模型,基于CFD-DEM耦合理论,利用Fluent-EDEM联合仿真了三种不同清选室的工作过程,统计结果表明双风口加装导风板结构的清选效果优于其他两种,证明了气流场分析结果的准确性。并分别对进风口风速、振动筛振幅、振动筛振动频率以及上导风板角度进行了单因素仿真模拟试验,利用SPSS软件对试验结果进行分析,分析数据表明进风口风速、振动筛振幅以及振动筛振动频率对于清选指标的影响均具有显著性,显著性水平高低依次为进风口风速振动筛振幅振动筛振动频率,并分别建立了三种因素对应于含杂率和损失率的回归方程。而上导风板角度的变化对于清选指标的影响并不具有显著性;选择进风口风速、振动筛振幅和振动筛振动频率进行三因素三水平正交仿真试验,同时考虑含杂率与损失率,通过综合评分法分析得到的最佳工作参数组合为风速9m/s,振幅35mm,振动频率6.5Hz。为了验证仿真结果的准确性,进行田间正交试验,通过更换不同参数的收割机零部件来调整试验水平,采用综合评分法得到了最佳工作参数组合为风机转速1400r/min(风速9m/s),振幅35mm,振动频率6.5Hz,同正交仿真试验所得结果一致。数据也表明在正交试验中,风机转速(进风口风速)、振动筛振幅和振动筛振动频率对于清选指标的影响依然具有显著性,并且显著性水平高低排序仍然为风机转速振动筛振幅振动筛振动频率,此与单因素仿真试验得到的显著性水平排序相同,证明了采用基于CFD-DEM耦合理论,利用Fluent-EDEM联合仿真进行联合收获机风筛式清选过程的研究是可行的,为今后的联合收获机风筛式清选装置结构改进提供了一种全新的思路和研究方法。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S225.4;TP391.9
【图文】：

控制体微元

图 2-2 清选室三维模型Fig.2-2 3D model of cleaning shoe/E 输出的.igs 格式文件导入 AnsysWorkbench 的 Mesh 模块中进行格划分质量高低对于计算结果的准确性将起到至关重要的作用，和收敛速度，通常情况下随着网格数量的增加计算精度也会相应

网格模型

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本文编号：2798921