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小区小麦种子联合收获机清选系统研究

作　者: 敬志臣
导　师: 韩正晟
学　校: 甘肃农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 小区小麦联合收获机 Fluent 旋风分离清选清洁率损失率试验设计
分类号: S225.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本研究利用计算流体力学商业软件Fluent对小区小麦联合收获机气流清选方式中的旋风分离清选系统进行了数值仿真研究。针对旋风分离筒内三维强旋流的特点,并考虑到实际情况,对于连续相介质(气相)的模拟计算采用RNG k ?ε湍流模型,压力-速度耦合采用非交错网格的SMPLEC算法,离散格式采用QUICK格式,压力梯度项采用PRESTO格式;对于颗粒相的计算采用了基于Lagrange观点的DPM模型。经过仿真计算,获得旋风分离筒内部气流的速度分布、压力分布和颗粒的运动轨迹。计算结果表明,旋风分离筒内部的流场是可分为内、外两层,其速度、压力基本呈轴对称分布。速度场由轴心部分的高速区和筒壁四周的环形低速区形成;压力场由轴心部分的低压区和四周环形高压区形成。由于湍流的影响,颗粒在分离筒内的运动轨迹较为复杂,具有一定的随机性。本文设计了三种结构形式的旋风分离筒,采用相同的网格划分、边界条件和数值计算方法,以三种模型对颖壳分离效率、茎秆分离效率和小麦籽粒损失率为评价指标进行对比分析,以效果相对较优的模型1作为进一步研究对象。鉴于影响旋风分离清选系统分离效率的因素复杂,本研究仅以喂入速度、吸风机负压、旋风分离筒锥体长度和入口大小四个主要因素为研究对象,运用正交试验设计安排16组模型的数值仿真,进行对比分析,结合综合平衡法优化出一组优方案:喂入速度:12m/s;吸风机负压:-1250pa;锥体部分长度:150mm;入口大小:120x150mm2。依据正交试验优化方案,借助课题组“小区小麦联合收获机样机”搭建旋风分离清选系统试验台。不再考虑旋风分离筒锥体长度和入口大小对清选性能的影响,仅考虑对清选性能影响较为显著的吸杂风机转速和扬谷器转速。在正交试验优化方案附近,安排二次通用旋转组合试验,建立清选系统清选性能指标——籽粒清洁率和清选损失率的数学模型。确定其最佳结构参数和运动参数,并进行优化设计计算,分析结构和运动参数对清选性能的影响规律。

全文目录

摘要  2-3
Summary  3-8
第1章绪论  8-19
  1.1 引言  8-9
  1.2 小区小麦收割机的研究现状  9-11
    1.2.1 国外小区小麦种子收割机的研究现状  9-10
    1.2.2 我国小区小麦种子收割机的研究现状  10-11
  1.3 国内外联合收割机清选装置的研究概况  11-17
    1.3.1 国内外收割机清选装置的研究现状  11-12
    1.3.2 谷物清选原理  12-13
    1.3.3 清选装置的类型及特点  13-17
  1.4 研究的目的和意义  17-18
  1.5 本课题主要研究内容和方法  18-19
第2章气流清选系统设计  19-24
  2.1 气流清选原理  19-20
  2.2 气流清选系统设计  20-24
    2.2.1 清选所需风量Q 的计算  21
    2.2.2 旋风分离筒直径D 的计算  21-23
    2.2.3 旋风分离筒结构设计  23-24
第3章数值模拟的基本原理  24-32
  3.1 CFD 技术的发展及特点  24-25
  3.2 Fluent 软件的特点及组成  25-27
  3.3 数值模拟计算方法确定  27-32
    3.3.1 湍流模型的确定  27-29
    3.3.2 压力与速度耦合方法确定  29-30
    3.3.3 离散（差分）格式的确定  30-31
    3.3.4 压力插补格式的确定  31-32
第4章旋风分离筒内部流场CFD 计算及结果分析  32-41
  4.1 数值计算的步骤与方法  32-37
    4.1.1 计算内容与计算步骤  32-33
    4.1.2 旋风分离筒的数值计算方法  33-37
  4.2 计算结果与分析  37-41
    4.2.1 速度分布  37-40
    4.2.2 压力分布  40-41
第5章固相颗粒的CFD 仿真  41-47
  5.1 DPM 模型  41-42
  5.2 分离效率  42
  5.3 确定颗粒形状系数  42
  5.4 颗粒运动轨迹模拟  42-45
    5.4.1 颖壳运动仿真  43-44
    5.4.2 茎秆运动仿真  44
    5.4.3 小麦籽粒运动仿真  44-45
  5.5 三种模型分离效率对比分析  45-47
第6章清选系统仿真试验分析  47-55
  6.1 仿真试验目的及方法  47
  6.2 正交试验设计  47-49
  6.3 正交试验数据处理  49-55
    6.3.1 极差分析法处理数据  49-51
    6.3.2 极差分析结果说明  51
    6.3.3 综合平衡法优化方案  51-55
第7章台架试验及数据分析  55-62
  7.1 试验物料  55
  7.2 试验台结构  55
  7.3 清选性能指标的选择  55-56
  7.4 清选系统的运动参数试验研究  56-62
    7.4.1 二次通用旋转组合试验  56-59
    7.4.2 参数优化与验证  59
    7.4.3 两运动参数对清选性能的影响  59-62
第8章总结与展望  62-64
  8.1 总结  62-63
  8.2 不足与展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
作者简介  69-70
导师简介  70-71

小区小麦种子联合收获机清选系统研究

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