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一种吸气式采棉机气动部分的仿真与改善研究

周瑞朴  
【摘要】:本文研究的采棉机是一种吸气式的小型采棉机,其核心部件是一台离心风机。该采棉机作业灵活、采净率高、采摘的棉花含杂质少,但是当棉铃与棉朵不容易分离时,该采棉机不能顺利地将棉朵吸入,这时需要手工将棉朵摘下,影响了采棉效率。通过实验研究发现,采棉机的“吸力”由采棉头入口的真空度和流量共同影响,因此把吸入功率作为衡量采棉机“吸力”的指标。 首先建立了采棉机气动部分的流体区域模型,利用前处理软件GAMBIT划分模型的计算网格、定义边界类型和区域类型,在FLUENT仿真软件中进行参数设置和迭代计算,模拟了多个工况流量下采棉机的运行状况。 然后仿真输出了采棉机在不同流量下对应的真空度,绘制并分析了采棉机的吸入功率—流量特性曲线。并将由仿真数据绘制的曲线和由实验数据绘制曲线进行了对比和分析,验证仿真分析的可靠性。同时,文中还分析了采棉机在某一工作流量时离心风机内部的压力场和速度场。 最后以提高采棉机的吸入功率为主要目标,利用因果图分析总结了影响采棉机吸入功率的因素,并通过讨论分析各因素进行改进的必要性确定了提高采棉机吸入功率的改进点。分别改变了叶轮的叶片数、叶片出口角和叶片出口宽度等结构参数,仿真并分析了各个结构参数对采棉机气动性能的影响。在提高吸入功率的同时兼顾离心风机内部的流动损失,选择较优的结构参数进行组合,得到叶轮的两个改进方案。分别对应用两个改进方案后的采棉机进行建模与仿真,通过对比分析仿真结果,确定了叶轮的优选改进方案,指出改进后采棉机的最佳工作流量。并最终通过实验验证了仿真数据的准确性和改进方案的可靠性。


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