本文關(guān)鍵詞：多風(fēng)道清洗裝置中氣固兩相流的數(shù)值模擬與試驗(yàn)

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【摘要】：為研究多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)分布規(guī)律和脫出物運(yùn)動(dòng)與清選性能的關(guān)系,通過(guò)CFD軟件對(duì)不同工作參數(shù)組合工況下多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,同時(shí)在搭建的多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行對(duì)應(yīng)工況下內(nèi)部氣流場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn),將數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得出每個(gè)工作參數(shù)變化對(duì)清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)的影響規(guī)律;通過(guò)CFD-DEM耦合方法對(duì)多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部脫出物運(yùn)動(dòng)進(jìn)行整機(jī)9.0kg/s喂入量工作環(huán)境下多因素正交氣固兩相流數(shù)值模擬,分析不同工況下脫出物顆粒群的分散度、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)與清選性能的關(guān)系,并且在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行清選性能正交試驗(yàn)驗(yàn)證,上述研究為聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和田間收獲作業(yè)時(shí)工作參數(shù)的調(diào)節(jié)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù),同時(shí)為聯(lián)合收獲機(jī)自適應(yīng)控制奠定了基礎(chǔ)。本文完成的具體工作如下:(1)多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)的搭建根據(jù)斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)路線(xiàn),依據(jù)試驗(yàn)所需工作參數(shù)與工作性能分別確定了多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)、振動(dòng)篩和回程板、籽粒和雜余攪龍、參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等主要工作部件的具體結(jié)構(gòu)及尺寸,按照上述設(shè)計(jì)要求完成了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)的搭建。該試驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)主要清選工作參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)(多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速0~1500r/min、魚(yú)鱗篩開(kāi)度18mm~30mm、分風(fēng)板傾角20°~32°、振動(dòng)篩振動(dòng)頻率0~7Hz等)和脫出物喂入量的改變(1.0 kg/s~4.0kg/s)。(2)建立完整的脫粒清選裝置內(nèi)部流道模型與CFD數(shù)值模擬按照斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立了不同工作參數(shù)組合工況下完整的脫粒清選裝置流道模型,模型外形、尺寸均與實(shí)際機(jī)型相一致,此外還包括了多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)、切/縱軸流脫粒滾筒等工作部件,使數(shù)值模擬結(jié)果更為真實(shí)可靠。運(yùn)用ICEM軟件對(duì)上述流道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,使用FLUENT軟件對(duì)生成的網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,在CFX軟件中處理數(shù)值模擬結(jié)果,得到氣流場(chǎng)速度流線(xiàn)圖、云圖等初步分析結(jié)果,并結(jié)合氣流場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)分析其內(nèi)部截面氣流速度云圖。(3)多風(fēng)道清選裝置及脫粒裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)在多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部布置50個(gè)氣流速度測(cè)量點(diǎn),采用VS110型熱線(xiàn)式風(fēng)速儀對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量;在斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)上采用手持式風(fēng)速儀對(duì)脫粒裝置內(nèi)部分布測(cè)點(diǎn)進(jìn)行氣流速度測(cè)量。將試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較與分析后得出:二者氣流場(chǎng)分布規(guī)律較為相似;多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速每增加150r/min,振動(dòng)篩上方分布測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速就增大0.2m/s~1.3m/s,其轉(zhuǎn)速在1350r/min~1500r/min之間為宜;分風(fēng)板傾角每增大4°,振動(dòng)篩上方速度最大的氣流場(chǎng)區(qū)域整體向前移約82mm~110mm,其最佳調(diào)節(jié)范圍為20°~28°;魚(yú)鱗篩開(kāi)度每減小4mm,振動(dòng)篩上方的氣流速度就增大0.3m/s~0.7m/s,應(yīng)在18mm~26mm之間進(jìn)行調(diào)節(jié);切(縱軸)流脫粒滾筒轉(zhuǎn)速可根據(jù)收獲作業(yè)環(huán)境和所需喂入量在620(580)r/min~720(674)r/min間進(jìn)行選擇,以達(dá)到最佳的脫粒性能。(4)基于CFD-DEM的多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部脫出物運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬采用CFD-DEM氣固兩相流耦合方法,以多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、魚(yú)鱗篩開(kāi)度、分風(fēng)板傾角、振動(dòng)篩振動(dòng)頻率為研究因素進(jìn)行整機(jī)9.0kg/s喂入量工作環(huán)境多因素正交數(shù)值模擬,經(jīng)過(guò)處理數(shù)值模擬結(jié)果后得出:多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)的上風(fēng)道吹出氣流起到預(yù)清選的作用,能夠減輕清選負(fù)荷;多風(fēng)道清選裝置的清選性能在工況4下最好,在工況8下最差;不同工況下,脫出物顆粒群分散度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),且在清選時(shí)間0.6s~1.0s之間達(dá)到最大(22.8%~28.3%);不同工況對(duì)籽粒顆粒群質(zhì)心Y方向的速度影響較小,同一清選時(shí)刻下,其速度大小變化幅度在0~57.9%之間;籽粒、輕雜余、短莖稈顆粒群質(zhì)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)整機(jī)9.0kg/s喂入量工作環(huán)境下多風(fēng)道清選裝置清選性能試驗(yàn)通過(guò)控制試驗(yàn)臺(tái)料箱出料口的開(kāi)度和電磁給料器的頻率實(shí)現(xiàn)整機(jī)喂入量9.0kg/s的大喂入量工作環(huán)境,按照正交氣固兩相流數(shù)值模擬工況安排進(jìn)行清選性能驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較與分析后可知,同一工況下二者的清選損失率誤差在17.5%內(nèi)、籽粒含雜率誤差在14.3%內(nèi);多風(fēng)道清選裝置最優(yōu)工作參數(shù)組合為:多風(fēng)道離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1300r/min、魚(yú)鱗篩開(kāi)度18mm、分風(fēng)板傾角24°、振動(dòng)篩振動(dòng)頻率6.5Hz。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S225

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本文編號(hào)：1271572