脉冲式沼肥防堵分配装置工作机理与结构优化.pdf

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1、第31卷第22期322015年11月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．31No．22Nov．2015脉冲式沼肥防堵分配装置工作机理与结构优化刘宏新，徐高伟，贾儒，李彦龙(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要：为明确脉冲式沼肥防堵分配装置的工作机理，为工程应用及结构优化提供理论依据，以5通道分配装置为研究对象，根据水击压强和水击振动理论，运用CFX(ComputationalFluidx)计算流

2、体动力学软件对不同挡块数量的脉冲式沼肥防堵分配装置进行仿真，得到不同挡块数量时出料口处的压强波，通过对压强波的分析，确定同时关闭5个出料口，5个挡块圆周均匀分布、转速为37．8rad／s的方案。结构优化方面分别对有、无分配锥体结构的装置进行流场分析，确定分配锥体的最佳锥度，验证分配锥体结构的有效性，同时设计避让大颗粒的保护结构，并将脉冲式沼肥防堵装置与分配锥体结构进行整合。根据优化方案设计并加工可视化试验装置，分别对脉冲式沼肥防堵分配装置工作时物料流动状态以及出料口处的压强波进行观测和测定，结果表明：

3、试验与仿真基本一致，且压强波波峰值、波谷值的相对误差在10％以内。关键词：农业装备；优化；流场；水击压强与振动；沼肥；防堵分配器doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2015．22．005中图分类号：$232文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一22—0032—08刘宏新，徐高伟，贾儒，李彦龙．脉冲式沼肥防堵分配装置工作机理与结构优化[J]．农业工程学报，2015，31(22)：32—39．doi：10．119750．issn．1002～6819．2015．22

4、．005http：／1www．tcsae．orgLiuHongxin，XuGaowei，JiaRu,LiYanlong．Operatingprincipleandstructuraloptimizationofimpulsetypeanti-blockingdistributiondeviceforbiogasmanure[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgficulturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31

5、(22)：32—39．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119750．issn．1002—6819．2015．22．005http：／／www．tcsae．org0引言近年来中国经济处于持续高速发展阶段，对能源的消费和需求逐年增加【卜21。在过去10a中，能源消费总量由2004年的21．35亿t标准煤增加到2014年的42．61亿t标准煤，年均增长8％左右。面对庞大的能源需求，寻找一种可替代能源减缓能源供应压力已迫在眉睫。基于沼气发酵技术的沼气工程能够利用人类社

6、会生产和生活中产生的有机固体、液体等环境污染排放物通过厌氧发酵获得清洁能源，既能缓解能源供应压力，又能防治环境污染，已成为替代能源的热点之一。沼气工程虽然从一定程度上缓解了能源需求，但沼气工程大力发展带来的问题是大量的沼液沼渣无法及时处理，尤其是大中型沼气工程，具有沼液沼渣存在量大、连续的特点。现有生化处理达标后的排放成本太高，造成了沼气工程运行的成本负担，如不进行无害化处理就会造成二次污染[31。沼渣沼液作为沼气工程的产物，其成分含有植物生长发育所需要的多种营养元素[41。所以，将沼渣沼液作为基肥使

7、用已成为重要的处理手段。沼肥中固体成分较复杂，且黏度较大，其在长时间输送过程中易发生堵塞。沼肥主要由沼液和沼渣组成，收稿日期：2015—05—08修订日期：2015-09—06基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201303011)作者简介：刘宏新，男，教授，博士生导师，研究方向为现代农业装备，数字化设计，CAD＆CAE。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。EmaihLcc98@neau．edu．en沼渣悬浮于沼液中，而以玉米秸秆为饲料的牛粪便厌氧发酵的沼肥为例，其成分包括秸秆纤维、矿物质和非

8、矿物质等，其中总固体质量分数TS为10％，密度砌聃为1．05×103kg／m3，动力黏度∥为1．5kg／(m·s)。秸秆纤维组分分别为：[0．25～0．5)、[0．5～1)、[1-2)、[2～5】和>5l'[1In，其不同组分所对应的长宽比范围为：3．92-19．38、8．5--15．19、8．7917．38、9．30～26．15和12．21～32．14。矿物质与非矿质粒径范围在0．25～5mml5]。国外将沼渣沼液作为基肥使用的技术已发展多年，技术较成