為研究谷物及其雜質(zhì)在風(fēng)選裝置內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特性,降低清選作業(yè)中谷物的含雜率、夾帶損失率,同時(shí)保證谷物的清選率,采用DEM-CFD耦合方法模擬了不同風(fēng)速及氣流傾斜角下谷物的清選過程,并結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué),分析了谷物及其雜質(zhì)在流場中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及分離機(jī)理。通過分析不同參數(shù)下的仿真結(jié)果表明:水平氣流速度為5 m/s時(shí),谷物平均含雜率為10.575%,夾帶損失率僅為0.066%;隨著水平氣流速度增大,氣流水平作用力P增大,物料飛行系數(shù)增加,水平方向位移隨之增大。水平氣流速度設(shè)置為9 m/s時(shí),谷物平均含雜率降低為0.307%,夾帶損失率升至1.275%。將氣流角度由水平改為傾斜10°時(shí),物料的飛行系數(shù)變大,谷物平均含雜率有所下降,而夾帶損失率升高。 

【文章來源】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,51(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

β=10°圖8給出了氣流傾斜角度為10°條件下，各時(shí)刻出口2處的谷物含雜率。當(dāng)氣流傾角設(shè)置為10°(a)v=9m/s,β=10°(b)v=9m/s

，高度為160mm，厚度為80mm，進(jìn)料斗寬口處長度為100mm，寬度為70mm，窄口處長度為50mm，寬度為15mm；進(jìn)風(fēng)口長度60mm，寬度60mm。將模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench中劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格如圖2所示。圖1風(fēng)選裝置圖2網(wǎng)格Fig.1WinnowingdeviceFig.2Grid考慮到EDEM軟件自身建模的缺陷，所以選擇谷物清選除雜中成分含量較高的谷粒、短莖稈、碎莖稈為研究對(duì)象。由于EDEM中的顆粒均采用球形，故采用“多球叢聚法”對(duì)三種顆粒進(jìn)行簡化、重疊組合、填充[16]，如圖3所示，其中谷粒由13個(gè)不同粒徑的球體填充而成，短莖稈由2個(gè)半徑為2mm和19個(gè)半徑為1mm的球體填充而成，碎莖稈由36個(gè)半徑為0.5mm的球體填充而成。(a)谷粒Grain(b)短莖稈Shortstalk(c)碎莖稈Crushedstalk圖3物料顆粒三維模型圖Fig.33Dmodelsofmaterialparticles1.4模擬參數(shù)設(shè)置EDEM中物料顆粒的力學(xué)特性參數(shù)及接觸系數(shù)如表1和表2所示[17,18]，風(fēng)選裝置材質(zhì)選用鋼，由于短莖稈和碎莖稈為同種物質(zhì)，表1、表2中均用莖稈代表。谷物、短莖稈與碎莖稈比例為4:1:0.25，設(shè)定谷粒生成速率為1200個(gè)/s，短莖稈生成速率為300個(gè)/s，碎莖稈的生成速率為75個(gè)/s，仿真時(shí)間步長設(shè)置為瑞利（Rayleigh）時(shí)間步長的33.9182%，即4e-6s，仿真時(shí)間總時(shí)長為10s。Fluent中模擬仿真采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型。時(shí)間步長設(shè)定為EDEM的100倍，即4e-4s。表1材料的物理參數(shù)Table1Physicalparametersofthematerial材料Material泊松比Poisson"sratio剪切模量/PaShearmodulus密度/(kg/m3)Densit

第4期趙磊等:基于DEM-CFD耦合的谷物清選模擬研究·741·2仿真模擬及分析2.1氣流速度分析在風(fēng)選裝置的入料口處設(shè)置顆粒工廠，谷物、短莖稈及碎莖稈在入料口處自由下落，進(jìn)風(fēng)口氣流速度設(shè)置為5m/s。圖4為2s時(shí)風(fēng)選裝置內(nèi)部的物料位置瞬態(tài)圖，在出口2和出口3處分別設(shè)置含雜率統(tǒng)計(jì)區(qū)域和損失率統(tǒng)計(jì)區(qū)域。從圖4中可以看出，物料落入氣流作用區(qū)域后，在水平氣流作用下3種物料顆粒呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，谷粒全部落入出口2中，其中摻雜部分短莖稈，而出口3收集到的全部為短莖稈和碎莖稈。由于谷物、短莖稈、碎莖稈的空氣動(dòng)力特性不同，豎直下落的物料受到水平氣流作用后會(huì)呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，物料在風(fēng)選裝置內(nèi)受到自身重力G，空氣浮力P′以及水平氣流作用力，三個(gè)力的合力為F，如圖5所示，物料將沿著F的方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線，物料的運(yùn)動(dòng)方向角為α。(a)谷粒Grain(b)短莖稈Shortstalk(c)碎莖稈Crushedstalk圖5物料顆粒受力圖Fig.5Diagramofmaterialparticleforce如果空氣浮力P′忽略不計(jì)，則[19]：mgkvvAGPwq2)(tan(11)當(dāng)水平氣流作用力P不變時(shí)，重力越大，α就越大，即物料顆粒的運(yùn)動(dòng)方向角α越大�？諝鈩�(dòng)力學(xué)中，tanα為物料在流場中的飛行系數(shù)，物料的粒度、密度等物理性質(zhì)不同，在同一氣流中的飛行系數(shù)也不相同，當(dāng)氣流速度一定時(shí)，飛行系數(shù)越大的顆粒在氣流驅(qū)使下所做的水平位移越大。由公式(11)可知，當(dāng)α(0,π/2)時(shí)，物料的飛行系數(shù)與自身質(zhì)量成反比，因此質(zhì)量較大的谷粒下沉趨勢(shì)明顯，率先落入出口2中，而質(zhì)量相對(duì)較輕的短莖稈和碎莖稈在水平氣流作用力的驅(qū)


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