多风道清洗装置中气固两相流的数值模拟与试验

发布时间：2017-12-09 19:24

  本文关键词：多风道清洗装置中气固两相流的数值模拟与试验

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【摘要】：为研究多风道清选装置内部气流场分布规律和脱出物运动与清选性能的关系,通过CFD软件对不同工作参数组合工况下多风道清选装置内部气流场进行数值模拟,同时在搭建的多风道清选试验台上进行对应工况下内部气流场测量试验,将数值模拟与试验结果进行对比分析,得出每个工作参数变化对清选装置内部气流场的影响规律;通过CFD-DEM耦合方法对多风道清选装置内部脱出物运动进行整机9.0kg/s喂入量工作环境下多因素正交气固两相流数值模拟,分析不同工况下脱出物颗粒群的分散度、质心运动与清选性能的关系,并且在试验台上进行清选性能正交试验验证,上述研究为联合收获机清选装置的优化设计和田间收获作业时工作参数的调节提供了理论和试验依据,同时为联合收获机自适应控制奠定了基础。本文完成的具体工作如下:(1)多风道清选试验台的搭建根据斜置切纵流联合收获机的结构特点设计了多风道清选试验台的主要结构及传动路线,依据试验所需工作参数与工作性能分别确定了多风道离心式风机、振动筛和回程板、籽粒和杂余搅龙、参数调节机构等主要工作部件的具体结构及尺寸,按照上述设计要求完成了多风道清选试验台的搭建。该试验台可实现主要清选工作参数的实时调节(多风道离心式风机转速0~1500r/min、鱼鳞筛开度18mm~30mm、分风板倾角20°~32°、振动筛振动频率0~7Hz等)和脱出物喂入量的改变(1.0 kg/s~4.0kg/s)。(2)建立完整的脱粒清选装置内部流道模型与CFD数值模拟按照斜置切纵流联合收获机实际内部结构建立了不同工作参数组合工况下完整的脱粒清选装置流道模型,模型外形、尺寸均与实际机型相一致,此外还包括了多风道离心式风机、切/纵轴流脱粒滚筒等工作部件,使数值模拟结果更为真实可靠。运用ICEM软件对上述流道模型进行网格划分,使用FLUENT软件对生成的网格进行数值模拟计算,在CFX软件中处理数值模拟结果,得到气流场速度流线图、云图等初步分析结果,并结合气流场测量试验分析其内部截面气流速度云图。(3)多风道清选装置及脱粒装置内部气流场测量试验在多风道清选试验台内部布置50个气流速度测量点,采用VS110型热线式风速仪对测点进行测量;在斜置切纵流联合收获机上采用手持式风速仪对脱粒装置内部分布测点进行气流速度测量。将试验与数值模拟结果进行比较与分析后得出:二者气流场分布规律较为相似;多风道离心式风机转速每增加150r/min,振动筛上方分布测点的风速就增大0.2m/s~1.3m/s,其转速在1350r/min~1500r/min之间为宜;分风板倾角每增大4°,振动筛上方速度最大的气流场区域整体向前移约82mm~110mm,其最佳调节范围为20°~28°;鱼鳞筛开度每减小4mm,振动筛上方的气流速度就增大0.3m/s~0.7m/s,应在18mm~26mm之间进行调节;切(纵轴)流脱粒滚筒转速可根据收获作业环境和所需喂入量在620(580)r/min~720(674)r/min间进行选择,以达到最佳的脱粒性能。(4)基于CFD-DEM的多风道清选装置内部脱出物运动数值模拟采用CFD-DEM气固两相流耦合方法,以多风道离心式风机转速、鱼鳞筛开度、分风板倾角、振动筛振动频率为研究因素进行整机9.0kg/s喂入量工作环境多因素正交数值模拟,经过处理数值模拟结果后得出:多风道离心式风机的上风道吹出气流起到预清选的作用,能够减轻清选负荷;多风道清选装置的清选性能在工况4下最好,在工况8下最差;不同工况下,脱出物颗粒群分散度均呈现出先增大后减小的趋势,且在清选时间0.6s~1.0s之间达到最大(22.8%~28.3%);不同工况对籽粒颗粒群质心Y方向的速度影响较小,同一清选时刻下,其速度大小变化幅度在0~57.9%之间;籽粒、轻杂余、短茎秆颗粒群质心在X方向上的速度最大值均大于Y方向上的速度最大值。(5)整机9.0kg/s喂入量工作环境下多风道清选装置清选性能试验通过控制试验台料箱出料口的开度和电磁给料器的频率实现整机喂入量9.0kg/s的大喂入量工作环境,按照正交气固两相流数值模拟工况安排进行清选性能验证试验,对台架试验与数值模拟结果进行比较与分析后可知,同一工况下二者的清选损失率误差在17.5%内、籽粒含杂率误差在14.3%内;多风道清选装置最优工作参数组合为:多风道离心风机转速1300r/min、鱼鳞筛开度18mm、分风板倾角24°、振动筛振动频率6.5Hz。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S225

【参考文献】

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本文编号：1271572