基于FlowSimulation的气力脱膜装置流场分析

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1、2015年4月农机化研究第4期基于FlowSimulation的气力脱膜装置流场分析11211李天文，丁双双，高明勇，王吉奎，胡凯(1．石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832003;2．新疆玛纳斯县农机局，新疆玛纳斯832200)摘要:为解决目前残膜回收机脱膜难题，设计了一种气力脱膜装置。采用SolidWorks软件对该装置进行了几何建模，利用其附带的CFD插件FlowSimulation对模型进行流场特性模拟，得出了在不同结构参数下吹气口压强和风速的分布特性。结果表明:圆室圆口风箱吹气口的压强和风速均比方室方口风箱大，在风箱入口风压为3101826Pa、流量为2006m/h时，吹气口最

2、小风压为101462．83Pa，最小风速为11．729m/s，能够很好地满足脱膜条件。此研究结果可以为气力脱膜机械的研发提供参考。关键词:气力脱膜;FlowSimulation;流场;残膜回收机中图分类号:S223．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0040－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.009响，并优化结构参数，为气力脱膜装置的设计提供理0引言论参考。为了解决地膜对农业生态环境造成的“白色污1结构及工作原理［1］染”问题，国内设计了多种残膜回收机，其工作过程主要分起膜、捡膜和脱膜3道工序。其中，脱膜方法棉秆粉碎还田与残膜回收

3、联合作业机(详见文献主要有人工脱膜、伸缩杆齿脱膜和脱膜叶片脱膜［5］)的气力脱膜装置主要由风机、管道、风箱和吹气［2］等。人工脱膜效率低，劳动强度大。伸缩杆齿机构口组成，结构如图1所示。风机安装在机器左侧，风的杆齿伸长时将膜挑起，转到脱膜部位时杆齿缩回实箱穿过齿耙上、下链条之间，通过管道与风机联接;吹现脱膜;但机构结构复杂，田间工况适应性差，杆齿收气口平行于杆齿方向，依据8排链齿耙设计对应的8［3］缩时会将残膜带入机构内部，影响机器正常工作。个吹气口，其方向向下与残膜回收箱入口相对。作业叶片脱膜依靠旋转的叶片将杆齿上的残膜拍落，从作时，残膜被杆齿挑起沿栅条向上运动，当残膜经过风用次数上属于单次

4、作用方式，杆齿上的残膜受到的是箱的吹气口时，在气流冲击力作用下残膜从齿杆上脱间歇的瞬时力，容易漏掉部分残膜;瞬时力过大会撕落进入残膜箱。［4］裂残膜，残膜不易与拾膜机构分离，脱膜效果差。残膜轻、柔软、易吸附，回收时易与工作部件发生缠绕，因此脱膜环节成为残膜回收机研制的难点之一。由石河子大学研制的棉秆粉碎还田与残膜回收［5］联合作业机采用了气力方式脱膜，此方式可防止残膜与工作部件粘附和缠绕，具有较好的脱膜效果。本文采用SolidWorks软件对石河子大学研制的棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机的气力脱膜装置进行了1．风机2．管道3．风箱4．吹气口5．杆齿6．栅条三维建模，利用其附带的CFD插件Fl

5、owSimulation对图1样机结构图模型内部进行了流场特性模拟，得出脱膜装置不同结Fig．1Thestructuralofmodelmachine构和参数对吹气口气压和气流速度的影2脱膜条件收稿日期:2014－04－22基金项目:国家自然科学基金项目(50865010)由于残膜轻、柔软、易吸附，在脱膜过程中残膜除作者简介:李天文(1987－)，男，河北张家口人，硕士研究生，(E－受重力、气流冲击力、杆齿拉力、支持力和杆齿摩擦力mail)zfengltw0322@163．com。外，还受由其自身特性产生的吸附力和静电作用力。通讯作者:王吉奎(1970－)，男，新疆玛纳斯人，教授，(E－mai

6、l)shzwjks@sohu．com。其中，吸附力和静电力与残膜湿度有关，残膜湿度越·40·2015年4月农机化研究第4期大，残膜与杆齿的吸附力越强，静电作用力越弱，反之K—阻力系数，取K=1。则相反。由于作物收获后残膜湿度低，吸附力小，静计算得气流速度v=9．782m/s，并由此得出吹气口3电作用力亦十分微小，故在此可忽略不计。残膜在杆总流量Q=1800m/h。2齿的作用下通过吹气口时，残膜受力如图2所示。吹气口的动压为Pd=ρv/2。其中，Pd为风机动3压，Pa;ρ为空气密度，kg/m;v为气流速度，m/s。代入数据得吹气口的动压Pd=61．72Pa。考虑到风箱存在风压和流量损失，选择风机

7、型号为4－72No．4型，工作转速为1450r/min，全压为3501Pa，功率1．1kW，流量为2006m/h。3几何模型与边界条件设计了3种风箱结构进行模拟对比，分别为方形气室方形吹气口(简称方室方口风箱)、圆形气室方形吹气口(简称圆室方口风箱)和圆形气室圆形吹气口图2残膜受力分析图(简称圆室圆口风箱)，结构参数如图3所示。Fig．2Forceanalysisoftakingofffilm为使