农业物料在三自由度风筛清选中的运动仿真及试验研究

发布时间：2020-10-16 01:43

　　 在农业生产、收获以及再加工过程中广泛存在颗粒物料的清选工艺,随着农作物品种、生产工艺等条件的不断改善,清选装置正向高效率、高清洁率、低损失率和低功耗等方向发展,而并联振动筛能实现多维振动、利于物料高效筛分,为显著提高农业物料清选质量和效率提供了新的解决途径。在农业物料清选中风筛式清选是常见的清选方式,现有关于并联振动筛的研究大都忽略了气流的影响。本文在三维并联筛分研究的基础上引入气流因素,研究气固两相流场中三自由度振动筛分机理。主要研究如下:1、筛面多维振动形式对农业物料的分散性研究。以农业物料中的小麦为研究对象,采用两种分散度评价指标对物料在XYZ、Yαγ等九种多维振动形式上的分散效果进行仿真研究,结果表明:在X向(筛面长度方向)和Y向(筛面宽度方向)上Yαγ、XYZ、Zαβ三种振动形式分散性较好,在Z向(筛面法向)上Xβγ、XYZ、XZγ三种振动形式分散性较好。2、三维并联振动筛分性能研究。基于分散能力较好的XYZ振动形式提出具有不同初始相位的三维并联振动筛并分析振动筛主机构,利用EDEM软件模拟并分析初始相位等因素对三维并联振动筛分特性的影响,并在多维振动筛分试验台上对仿真试验进行验证分析,结果表明:在其他条件不变时,筛分籽粒量随X向初始相位的增大而先增后降且X向初始相位为45°时含杂量最高;Z向初始相位在90°时筛分籽粒量最低而其他相位下变化不明显,含杂量随Z向初始相位的增大而先增后降;Y向初始相位在30°和60°时筛分籽粒量较高,60°时含杂量均低于其他水平并且差异较为明显;随着筛面倾角的增大,筛分籽粒量呈现先增后降而含杂量呈现先降后增,台架试验结果与仿真结果规律基本一致。3、三自由度风筛清选中物料运动研究。在三维并联筛分的基础上引入气流构建三自由度风筛清选模型,利用CFD-DEM耦合技术对三自由度风筛清选中农业物料的运动、筛分过程进行仿真分析,得出籽粒和短茎秆在X向运动速度随风速的提高而提高,短茎秆受气流影响更大,且籽粒的X向运动速度沿X向逐渐降低,而气流对籽粒和短茎秆在Y向和Z向的运动速度影响规律不明显,此外,风速的增大会提高物料的输送速度,利于物料分散,降低筛下物料的含杂率,但筛分损失随之增大;试验验证结果与仿真结果规律基本一致。4、三自由度风筛清选性能试验研究。在多维振动筛分试验台上设计风源设备,构建三自由度风筛清选装置并对入口气流平均风速进行试验标定,采用筛分速度和含杂率为三自由度风筛清选性能评价指标,以风速、风向、各支链的振幅、频率为试验因素进行正交试验,通过极差法对试验结果分析得出了各因素对筛分性能评价指标的主次影响顺序,其中,Y向振幅对筛分速度影响最大,风速对含杂率影响最大。采用综合平衡法得到的筛分性能最佳的参数组合为:风速10m/s,风向26°,X振幅8mm,X频率3Hz,Y振幅2mm,Y频率2Hz,Z振幅6mm,Z频率4Hz,在最优参数下,三自由度风筛清选的性能指标为:筛分速度为132.18g/s;含杂率为0.497%。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S226.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 并联振动筛的研究现状
        1.2.2 离散元技术在筛分领域的应用现状
        1.2.3 CFD-DEM耦合技术的应用现状
    1.3 课题的主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 农业物料在多维振动筛面上分散性研究
    2.1 多维振动筛面上分散度评价指标
    2.2 分散度测定试验方案及仿真设置
        2.2.1 分散度测定仿真试验方案
        2.2.2 仿真试验设置
    2.3 分散度测定仿真结果分析
xy测定仿真试验结果分析'>        2.3.1 T_xy测定仿真试验结果分析
z测定仿真结果分析'>        2.3.2 T_z测定仿真结果分析
    2.4 本章小结
第三章 三维并联振动筛分性能研究
    3.1 基于不同初始相位的三维并联振动筛面运动分析
    3.2 三维并联振动筛基本机构及工作原理
        3.2.1 三维并联振动筛基本机构
        3.2.2 三维并联振动筛工作原理
    3.3 基于EDEM的三维并联振动筛分性能仿真
        3.3.1 三维并联振动筛分模型及模拟参数设置
        3.3.2 初始相位对筛分性能影响仿真试验及结果分析
        3.3.3 筛面倾角对筛分性能影响仿真试验及结果分析
    3.4 试验验证
    3.5 本章小结
第四章 三自由度风筛清选中物料运动的CFD-DEM模拟研究
    4.1 CFD-DEM耦合理论
        4.1.1 耦合方法
        4.1.2 气相控制方程
        4.1.3 曳力模型
        4.1.4 时间步长
        4.1.5 CFD-DEM耦合计算流程
    4.2 仿真模型及耦合参数设置
        4.2.1 三自由度风筛清选模型
        4.2.2 颗粒模型
        4.2.3 模拟参数设置
    4.3 仿真结果分析
        4.3.1 清选室气流场分布仿真结果分析
        4.3.2 气固两相流场中物料筛分过程唯象分析
        4.3.3 筛面上物料运动分析
        4.3.4 筛分性能
    4.4 试验验证
    4.5 本章小结
第五章 三自由度风筛清选性能试验
    5.1 试验准备
        5.1.1 风源设备的设计及选型
        5.1.2 清选装置入口气流速度标定
    5.2 试验指标与测定方法
        5.2.1 试验指标的确定
        5.2.2 试验指标测定方法
    5.3 试验条件及方案设计
        5.3.1 试验材料
        5.3.2 试验条件
        5.3.3 试验方案设计
    5.4 试验结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
读研期间参加的科研项目与研究成果

【参考文献】

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本文编号：2842560