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油菜联合收割机清选装置气流场数值模拟和试验研究

杜文勇  
【摘要】: 油菜联合收割机脱出物中不仅包含油菜籽粒,而且其大部分为杂物,如长、短茎秆,颖壳,泥沙等。油菜籽的分离与清选是油菜联合收割机的一个重要工作过程。而在油菜联合收割机清选装置中的风速大小和方向对油菜籽的分离与清选起着关键作用。风速过小,会造成矮小杂物及颖壳等一起混杂在油菜籽中;而风速过大,会造成菜籽随杂物一起排出机外,造成损失。因此对清选装置气流场的研究是很有必要和很有意义的。本课题在研究油菜联合收割机脱出物物料特性的基础上,通过运用数值模拟法,利用ANSYS来研究清选装置内气流场的状况。 通过试验测定了油菜联合收割机脱出物的物料特性,如油菜籽粒大小、脱出物的悬浮速度等,并得出在含水率相同情况下,脱出物临界悬浮速度有显著差异,油菜籽临界悬浮速度最大,这为清选装置分离原理提供了理论基础和实践。 本文以4LZ(Y)——1.5A型油菜联合收割机为研究对象,建立流场的数学物理模型,得出气体流动的控制方程组,在计算域上对流动控制微分方程组进行离散。采用有限元分析软件ANSYS的FLOTRAN模块对内流场进行数值模拟,研究中采用试验所测得的边界条件值,并得出计算域内流速的分布信息。将模拟结果和试验结果进行对比研究,用置信度0.01检验,得到试验值和理论值没有显著差异,说明对其模拟是有效的。 利用已建立的模型,对气流场的相关参数进行了研究。通过改变入口风速和入风角,使用该模型计算出了不同组合下清选装置内不同点的流速,并利用SPSS软件进行相关分析。得到入风口速度和入风角对清选装置内气体速度是有影响的(置信度为0.01),相关系数分别为0.722和0.558,入风口速度对气流场影响较大。同时,利用该模型对本清选装置的参数进行了数值模拟试验。对入风角和风速两个因素分别进行了三个水平及四个水平全排列数值模拟试验。试验结果表明,入风角β=25°,入口风速ν=35m/s时,在所确定的路径上,速度沿y方向的分量较优地满足分离的要求。


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