基于CFD-DEM的聯(lián)合收獲風篩選仿真研究.pdf

1、清選作業(yè)在水稻機械化聯(lián)合收獲過程中起著不可或缺的作用，清選裝置性能的改善將會帶來收獲作業(yè)質(zhì)量的提高。由于聯(lián)合收獲清選過程的復(fù)雜性，難以通過傳統(tǒng)方法來描述其工作狀態(tài)，無論是理論計算還是布點測量都不能準確地反映出氣流與清選物料之間的相互作用，難以明確當物料受到氣流作用時運動軌跡和狀態(tài)的改變規(guī)律。采用基于CFD（計算流體力學）-DEM（離散單元法）耦合理論，通過軟件聯(lián)合仿真模擬方法來研究聯(lián)合收獲風篩式清選過程成為了一種新的選擇。這種聯(lián)合仿真將

2、氣相和固相分別在不同的軟件環(huán)境中模擬，再通過耦合接口將氣相與固相的相互作用進行傳遞，將能更加準確地描述氣流場以及顆粒在流場中的運動狀態(tài)。
　　本文介紹了國內(nèi)外學者在風篩式清選氣流場方面的相關(guān)研究、簡單例舉了離散單元法在不同科學領(lǐng)域的運用以及振動篩工作過程中物料顆粒的透篩概率理論研究。
　　采用計算流體力學仿真軟件Fluent模擬分析了三種不同結(jié)構(gòu)清選室的氣流運動狀態(tài)和分布規(guī)律，并對各個結(jié)構(gòu)中相同位置截面的氣流速度和方向做出對

3、比分析，結(jié)果表明雙進風口加裝導(dǎo)風板結(jié)構(gòu)的清選室氣流場更符合理想氣流場的分布要求。
　　介紹了離散單元法的基本接觸模型，在EDEM軟件中建立水稻籽粒和短莖稈的力學模型，基于CFD-DEM耦合理論，利用Fluent-EDEM聯(lián)合仿真了三種不同清選室的工作過程，統(tǒng)計結(jié)果表明雙風口加裝導(dǎo)風板結(jié)構(gòu)的清選效果優(yōu)于其他兩種，證明了氣流場分析結(jié)果的準確性。并分別對進風口風速、振動篩振幅、振動篩振動頻率以及上導(dǎo)風板角度進行了單因素仿真模擬試驗，利用

4、SPSS軟件對試驗結(jié)果進行分析，分析數(shù)據(jù)表明進風口風速、振動篩振幅以及振動篩振動頻率對于清選指標的影響均具有顯著性，顯著性水平高低依次為進風口風速>振動篩振幅>振動篩振動頻率，并分別建立了三種因素對應(yīng)于含雜率和損失率的回歸方程。而上導(dǎo)風板角度的變化對于清選指標的影響并不具有顯著性；選擇進風口風速、振動篩振幅和振動篩振動頻率進行三因素三水平正交仿真試驗，同時考慮含雜率與損失率，通過綜合評分法分析得到的最佳工作參數(shù)組合為風速9m/s，振幅3

5、5mm，振動頻率6.5Hz。
　　為了驗證仿真結(jié)果的準確性，進行田間正交試驗，通過更換不同參數(shù)的收割機零部件來調(diào)整試驗水平，采用綜合評分法得到了最佳工作參數(shù)組合為風機轉(zhuǎn)速1400r/min（風速9m/s），振幅35mm，振動頻率6.5Hz，同正交仿真試驗所得結(jié)果一致。數(shù)據(jù)也表明在正交試驗中，風機轉(zhuǎn)速（進風口風速）、振動篩振幅和振動篩振動頻率對于清選指標的影響依然具有顯著性，并且顯著性水平高低排序仍然為風機轉(zhuǎn)速>振動篩振幅>振動篩振