纵轴流全喂入收割机清选装置流场的数值模拟与优化分析

发布时间：2016-06-26 06:45

1绪论

孙首泉等人研制出一种带有二次回收清选装置的脱粒－清选装置，从而大幅度降低粒损失率；李文等人在振动筛前增设拋扔棍装置，在进入气流场前脫出物料能完全分层分散；王保国等人开发了一种联合收割机清选导料系统，有效地解决跑粮等问题；汤楚宙等人研制了一种离记式轴流组合式清选机，优化后装置能进行高效作业；陈冕等人以提出了新型圆锥形离记风扇，利用风扇独特的结构产生非均匀性气流，使得清选室内横向气流产生风压差，从内改善了气流空间分布情况；王建军等人以对振动筛进行了结构上的改进，提出了一种新型多层一体结构的切纵流清选振动筛，从而有效避免清选物料集中地在振动筛前部，提高了物料清选的均勾性和合理性；李耀明、唐忠等人提出了一种涵盖进料、风选、筛选等的双贯风道双层筛清选系统，从而提高了清洁度；西北农业大学研发了小型联合收割机清选系统，系统采用了双风道清选，下风道气流直接吹到振动筛尾部和脱出物出口尾部区域，达到最佳的清选风速。

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2UG Nastran软件和数值模拟理论基础

2.1有限元软件NX Nastran 倚介

UG Nastran的优点：（1）可靠性高：UG Nastran具有有着高度可靠性的计算求解分析能为，经过用户的长期工程实际应用的考验。求解计算结果和格式结果成为高质量行业标准。通过大量工程实践的运用，具有产品质量高标准的个人和公司用户，都采用软件的求解计算结果作为标准代脊其他相关标准；（2）工业标准的输入／输出格式：UG Nastran有广泛的用户群，使其输入输出格式现己成为CAE工业标准。同时，成为了处理大型工卷项目首选的结构有限元分析工具；（3）强大的软件功能：UG Nastran软件具有十分强大的功能，通过不断地改进完善，添加新单元类型和分析处理功能、提供更为人性化的用户界面和数据管理平台、提高求解精度和矩阵运算效率等；（4）灵活的开放式结构；软件采用完全模块化的组织结构，使其在保证良好的灵活性的情况下能拥有很强大的分析能为。同时，使用者可依据自邑的工程实际问题和系统特殊需求，通过模块选择和组合优化来获取最适合的应用系统。此外，开放式系统为使用者提供了强大的开发工具DMAP语言，可以拥有自己的开发平台。

2.2NX Nastran flow模块介绍

1）数值模拟的方法：数值模拟几种重要方法概述：数值模拟有王种重要的方法，包括了有限差分法、有限容积法、有限元法。有限差分法的主要缺点：对复杂流域的普适性较差，无法保证最后解出守恒性；有限体巧法的离散方程具有一定的守恒性质，其系数的物理意义是比较明白的；有限元法的优缺点：对不规则流域的普适化较好。2）数值模拟的流体类型：在使用流体分析软件分析流场前，首先需要确定流体状态才能准确的进行后续的分析处理。概括狂涵盖了四种类型分析；1、层流和瑞流的分析；2、牛顿流体和非牛顿流体分析；3、可压缩流体和不可压缩流体分析；4、换热与绝热流动分析。下面主要讨论层流与播流和可压缩流体与不可压缩流体两种。

3清选装置气流场数值模拟及风速实验.........18

3.1清选装置流场域模型建立和数值模拟计算......18
3.2传统单出风口风机风速试验和流场仿真......21
3.3清选装置混合流场仿真分析...25
3.4清选装置混合流场试验结果..29
3.5本章小结.......31
4新型清选装董混合流型分析及正交试验优化....32
4.1新型清选装置混合流场对比分析..32
4.2气流场优化目标及正交试验方案......38
4.3正交试验数据及结果...40
4.4新型清选装置田间试验验证..45
5基于贯流式风化的清选袭置实验研究..........48
5.1贯流式风机简介..........48
5.2贯流式风机的清选装置研究........50
5.3贯流式风机王维数值模拟及结论.....57
5.4贯流式清选装置田间试验.....61
5.5本章小结.....62

5基于贯流式风机的清选装置试验研究

5.1贯流式风机简介

叶轮外圆周上各个点的流速都是不一样的，则气流速度越大，相反越远离游漏中，则气流速度越小。流速和压力在出风口处不是均匀分布的，从而得到的压力系数和流量系数是平均的。根据研究可知，满流的具体位置影响贯流风机整体性能。若接近叶轮内圆周同时在蜗舌部位附近，则整体性能较好；若渴流离漏舌部位较远，则循环流域加大，工作效率降低。如上图所示，横向多圆周叶片组成的贯流式风机，在清选装置采用的风源上，，贯流风机代眷传统的风机，贯流风机的气流在横向上比机要均匀许多，保证了轴向风速具有很高的气流稳定性。同时，横流风机的轴流宽度可以根据要求进行定制，而横流风机的宽度不会影响气体流量的稳定性。

5.2贯流式风机的清选装置研究

尽管贯流式风机的应用比较广泛，但到目前方此，相关的设计都是根据特定条件下试验参数进行的。当增大贯流风机整体尺寸时，大尺寸风机的性能数据与用相化准则设计得到的通风机性能数据有较大差异，且有的贯流风机甚至还会出现相反情形，这说明了相似准则在贯流风机的参数设计中只起到参考作用。由于相似准则存在一定的不可靠性，在设计贯流风机时，主要是依靠试验和经验相结合来进行。所寻找到一种经济而又简单的方法具有很重要的意义，在这种情况下，CFD（计算流体动力学）便有较大巧应用价值。开展对贯流式风机流场数值模拟仿真清选清选装置气流场流动，同时能研究对应收割机型号下特定参数的贯流式风机的性能。

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6总结及展望

由于时间、能力有限，本文的研究还存在很＃待完善之处，后续研究工作可以在以下方面深入开展：1．本文对收割机清选装置进行了流场数值棋拟分析，能很好的反应作业过程中某一个时刻的气流场分布倩况，但清选窒内振动筛在工作中处于一个往复运动的动态的过程，条件义许应该做动态的模拟或多工位的仿真对比。2．研究工作考虑了整体清选装置气流场的分布情况，但是数值模拟过程中没有进行谷物下落真实的仿真，后续可以运用CFD－EMD赖以技术模拟清选装置内流固賴合情况下的振动筛透筛过程。3对新型清选装置进行正交试验来优化气流场分布，但是考虑的影响因素较少，后续需要加入更多的影响因素进行正交优化试验来提高整体的气流场性能，同时需要进行现场田间作业，根据不同收割王况进行参数设计的修正，确保收割机高效李作业。4．设计了基于贯流式风机的清选装置，然后结合新型双出风口六风道进行组合开发大瑕入量高效率的新型号的谷物联合收割机。

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参考文献（略）

本文编号：61753