油菜联合收获机割台落粒气力式收集过程数值模拟研究

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过高的损失率是制约我国油菜联合收获机械发展的一大瓶颈。本文针对油菜联合收获过程中的割台损失和飞溅损失,借助气流对轻质物料的有效定向运移作用,提出基于负压或正压气流作用的落粒收集方法及装置。为验证有效性,同时缩短研发周期,首先利用FLUENT软件进行气流场分析以对两种不同方法进行评估,然后与离散元仿真元件EDEM进行气固耦合模拟仿真,对正压收集方法及装置的收集过程及效果进行仿真。最后利用室内台架试验模拟机具田间工作时的不同工况,验证耦合仿真有效性的同时,并进一步优化装置结构参数及工作参数。本文提出的降低油菜联合收获割台损失率的新方法及装置,为开发新一代高效节能的油菜联合收获机具奠定了一定的理论和技术基础,同时也为研发其它与油菜具有相似农艺及生物特性作物的收获机具打开了新思路。  本文主要研究内容如下:  (1)提出针对割台损失的气力式收集方法并设计基于两种不同作用原理的收集装置  根据气流对油菜籽等轻质物料的定向运移作用,拟设计了两种基于不同收集原理的气力式收集装置,一种负气收集为主、正压排堵为辅的迷宫流道型的收集单体(下文简称负压收集装置),另一种以独立纵向正压吹移的收集单体(下文简称纵向正压收集装置)。其中为了尽量减弱气流分配不均的现象,该种收集装置按进气方式不同,分端部进气和中部进气两种方式。  (2)基于气流场仿真的收集方法及装置评估与选择  使用FLUENT软件分别对负压收集装置和纵向正压收集装置作用区域进行气流场仿真,通过计算区域内特定点的气流参数,分析了二者在同等压差条件下的有效收集范围,同时以功率消耗小、结构简洁、制造成本低为原则,对两种收集方法及装置做出合理性选择。通过仿真结果,最终选择正压收集方法及装置。  (3)基于气固耦合仿真的纵向正压收集装置优化设计  以收集效果为优化目标,分别以喷嘴与切割器的竖直高度、喷嘴与切割器的纵向距离等结构参数及气流速度工作参数为优化对象,利用 EDEM和FLUENT软件进行气固耦合仿真模拟收集过程及效果,比较对减少损失率的影响强度,得到了较为合理的结构参数及工作参数。在耦合试验所选取的验证参数中,收集效果较好的单体竖直高度为435mm、单体纵向长度为450mm、单体入口气流速度为20m/s。  (4)纵向正压收集装置的台架试验研究  仿真模拟是一种较为理想的试验,与真实情况存在一定误差,田间试验参数控制较为困难,为此选择了台架试验来验证纵向正压收集装置的收集效果,以验证仿真试验的可靠性。
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