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红花花丝采收装置设计及气力输送系统流场数值模拟

作　者: 李远
导　师: 葛云
学　校: 石河子大学
专　业: 机械工程
关键词: 红花采收气力式输送 Fluent
分类号: S225.99
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

针对目前新疆红花种植业迅猛发展,而国内外关于红花机械化采收的研究尚处于起步阶段,没有出现应用于实际收获的机型,主要依靠人工采收这一现状,在对红花物料特性研究的基础上,以气动装置和机械装置相结合的方式,采用理论分析、计算机仿真等方法研究设计了一种红花花丝采收装置,并采用CFD技术对不同结构的气力式输送系统内部流场进行了数值模拟,确定了最佳的输送系统内壁结构,为红花机械化采收装置的研发提供了科学的依据和方法,本文主要进行了以下几个方面的工作：1.红花物料特性进行分析。通过结合文献、实地调研、试验研究等方法得到了红花生物学特性(瘦果直径、花丝含水率等)和力学特性(不同成熟度花丝与瘦果的分离力、瘦果与茎秆分离力等)的相关数据,并确定了其对红花采收装置的重要影响,为红花花丝采收装置的参数设计提供理论依据。2.红花采收装置结构设计及三维建模。对红花花丝切割力学特性和悬浮力学特性进行了理论分析,确定了花丝与瘦果分离的最优切割力和悬浮输送的最佳气流参数。运用Solidworks软件进行三维建模、三维装配、干涉检查,运用ADAMS软件对回转切割式采摘头进行了运动仿真分析,研究了红花采收装置的切割采摘过程,验证了原理的正确性。3.为改善花丝梳理、收集效果,达到提高采净率和降低掉落损失率的目的,在圆柱型进花口的基础之上又设计了圆锥型和椭球型进花口,采用Fluent软件对三种进花口内部流场进行了流场数值模拟。通过对三种进花口模拟结果的对比分析,得出圆柱型进花口内气流速度分布不均匀、压力梯度不明显,对花丝的梳理及收集效果较差；圆锥型和椭球型进花口横向、纵向压力梯度更明显,从入口至出口压差较大,对进花口内流场分布有很大改善。4.为改善花丝输送效果,达到提高花丝输送效率和降低能量损耗的目的,在圆柱-圆锥型储花室的基础上在其内部设置导流片,并采用Fluent软件对包含不同个数导流片的储花室内部结构进行了流场模拟分析。模拟结果表明,原有储花室内部流场存在独立涡流,能量损耗较大,花丝输送效果较差；当在其内部设置4片导流片时,通过导流片的引导作用,气流分布更有利于花丝输送,提高了花丝质量,降低了输送过程的能量损耗。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究的背景意义  10-15
    1.1.1 新疆红花的采收现状  10
    1.1.2 国内外研究现状  10-12
    1.1.3 国内外气力收获研究现状分析  12-13
    1.1.4 气固二相流理论的研究现状  13-14
    1.1.5 流场模拟分析的研究现状  14-15
  1.2 本文主要研究内容和技术路线  15-16
    1.2.1 主要研究内容  15
    1.2.2 技术路线  15-16
  1.3 小结  16-17
第二章红花植株物料特性研究  17-24
  2.1 试验材料  17
    2.1.1 红花来源  17
    2.1.2 主要仪器与设备  17
  2.2 红花植株生物学特性研究  17-19
    2.2.1 测量方法  17-18
    2.2.2 结果与分析  18-19
  2.3 红花植株力学特性研究  19-20
    2.3.1 试验方法  19
    2.3.2 结果与分析  19-20
  2.4 二次花实验  20-21
    2.4.1 试验方法  20-21
    2.4.2 结果分析  21
  2.5 红花花丝悬浮特性试验研究  21-23
    2.5.1 实验装置和实验方法  21-22
    2.5.2 实验结果及分析  22-23
  2.6 小结  23-24
第三章红花花丝采收装置结构设计  24-36
  3.1 红花花丝采收装置结构组成及工作原理  24
    3.1.1 红花花丝采收装置的总体结构组成  24
    3.1.2 工作原理  24
  3.2 花丝切割力学特性理论分析  24-27
    3.2.1 红花花丝受力分析  25-26
    3.2.2 红花瘦果破坏准则  26-27
  3.3 花丝悬浮特性理论分析  27-29
    3.3.1 自由悬浮速度  27
    3.3.2 花丝在上升气流中的受力分析  27-29
  3.4 红花采收装置关键部件设计及三维建模  29-31
    3.4.1 采摘头的设计  29-30
    3.4.2 红花采收装置关键部件建模  30-31
    3.4.3 红花采收装置干涉检查  31
  3.5 基于ADAMS的红花采收装置采摘头仿真分析  31-33
    3.5.1 ADAMS软件简介  31
    3.5.2 模型导入  31-32
    3.5.3 仿真环境中添加约束副、力和运动  32
    3.5.4 参数设置与结果分析  32-33
    3.5.5 仿真结论  33
  3.6 回转刀具切割试验研究  33-35
    3.6.1 试验装置和测试方法  34-35
    3.6.2 实验结果及分析  35
  3.7 小结  35-36
第四章气力输送系统进花口的流场数值模拟  36-45
  4.1 Fluent流场模拟简介  36-37
  4.2 进花口的流场模拟  37-42
    4.2.1 进花口结构的设计方案及建模  37
    4.2.2 流场模拟的主控方程  37-38
    4.2.3 初始条件和边界条件  38-40
    4.2.4 网格划分与模拟计算  40-42
  4.3 结果与讨论  42-44
  4.4 小结  44-45
第五章气力输送系统储花室的流场数值模拟  45-50
  5.1 储花室的设计方案  45-46
    5.1.1 总体要求  45
    5.1.2 储花室的设计方案  45-46
  5.2 三维建模及网格划分  46-47
    5.2.1 储花室内部结构的三维建模  46
    5.2.2 网格划分  46-47
  5.3 储花室的流场模拟  47
  5.4 结果与讨论  47-49
  5.5 小结  49-50
第六章总结与展望  50-52
  6.1 研究结论  50
  6.2 展望  50-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
作者简介  56-57
导师评阅表  57

红花花丝采收装置设计及气力输送系统流场数值模拟

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