谷物清选cfd_dem耦合模拟研究

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1、2015年1月农机化研究第1期谷物清选CFD－DEM耦合模拟研究汤庆，吴崇友，吴俊，王刚，江涛(农业部南京农业机械化研究所，南京210014)摘要:清选是收获机械中至关重要的过程，直接影响收获效率，通过对谷物清选的研究可以指导收获机械的设计，降低生产成本。为此，分析了国内外在谷物清选CFD－DEM耦合模拟技术的研究现状，发现现有的研究多局限在单一的CFD模拟和DEM模拟，这种方法不能够全面体现清选室中气流场、振动筛和物料的相互作用。CFD－DEM耦合模拟技术将气流场和振动筛分作为一个系统来研究，是未来谷物清选模拟研究的发展方向。关键词:谷物清选;CFD－DEM耦合模拟

2、;研究现状;发展方向中图分类号:S226．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)01－0035－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.01.008室。根据物料的悬浮速度不同可将杂物吹出清选室，0引言在清选室的上下空间上所需要的气流强度和角度是清选是谷物收获过程中不可缺少的一个环节，而不同的。通过试验，可以发现清选质量与筛面上的气［7］［8］清选损失又是衡量机器收获性能的一项重要指流分布有着很大的关联。林恒善采用CFD软件［1－5］标。清选方法一般有两种:一是气流清选，主要利对清选室的气流场进行了研究，通过试验结果与数值用脱出

3、物的不同悬浮特性;二是利用气流和振动筛共模拟的结果进行比较发现，结果一致性很好。E．A．［9］同作用的风筛式清选。目前，在谷物清选中多采用风Streicher等分析了喂入量对气流的变化影响，在清筛式清选，因为这种清选方式清选后籽粒的清洁度选室中分布32个热敏电阻来检测气流速度，得到了［6］高、清选损失小、适应性强。对于风筛式清选，影响不同喂入量对应气流速度变化曲线。M．G．Gebrehi-［10－11］清选性能主要是气流和振动筛。气流包括气流的强wot采用数值方法对联合收获机清选室中气流场度、风量和出风口角度等因素;振动筛包括筛网形式、进行了模拟，并进行了试验验证，结

4、果表明数值模拟［12］网孔大小、筛面角度、振动频率和振幅等因素。传统结果和试验数据基本一致。唐忠对离心风机、贯流研究清选性能方法是通过大量的田间试验，这种方法风机和两者结合3种形式的清选室气流速度进行了测需要耗费大量的人力、物力、财力。随着计算机技术量，分析了清选室中产生的涡流现象，得到了贯流风的发展，流体动力学和离散元法的不断完善，目前可机改变清选气流速度的方法。以通过CFD技术模拟气流场，而采用DEM技术可以这些对气流场的研究采用的试验验证大多采用布模拟振动筛筛分过程。但这些只能单一的模拟清选点测量，测量仪器本身就对气流产生影响，很难得到过程，不能真实全面地反映清

5、选室中脱出在气流和振准确的数据;而且数值模拟多数都没有考虑物料的影动筛作用下的复杂运动;而通过CFD和DEM的耦合响。有的为了考虑物料将物料简化为流体，作为气固［13］技术能准确得出清选的实际过程，为清选过程的研究两相流模拟。其中，蒋恩臣采用双向耦合拉格朗日提供了一个很重要的手段。法对清选室进行了气固两相流模拟，得到了气流场的压力分布以及颗粒的相运动轨迹。这种方法并不能1清选CFD－DEM耦合模拟研究真实地反映清选室中的情况，对于模拟研究来说还不1．1清选室流场模拟研究够准确。在清选过程中，经过脱粒分离的物料进入清选1．2筛分模拟研究经过脱粒分离的物料在振动筛上的运动

6、可以看作收稿日期:2014－01－07是颗粒系统的筛分过程。筛分是最古老和最广泛使基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAD08B02)作者简介:汤庆(1985－)，男，江苏徐州人，助理研究员，硕士，(E用的物理尺寸分离方法，早期的工业筛选图表和公式－mail)285881240@qq．com。［14］已被证明是非常不准确的。由于复杂的尺寸分布、通讯作者:吴崇友(1959－)，男，辽宁岫岩人，研究员，博士，博士生导师，(E－mail)cywu59@sina．com。固体颗粒组成的以及各种操作参数下粒子的运动的·35·2015年1月农机化研究第1期综合效应

7、，一直无法了解其机理。对颗粒系统缺乏先作用而不考虑气流的作用是不准确的。进的分析和试验技术也阻碍了这一领域的研究进展，1．3清选CFD－DEM耦合模拟研究［15］过去分析筛分性能一直都是靠经验。早期对于筛风筛式清选方式是一个很复杂的过程，至今对于［15－17］分的研究也只局限于建立影响筛分效率的因素其机理的理论研究也不甚明了，物料在振动筛上筛分［18］和筛分动力学分析。一些研究人员已经确定了离的过程中同时又受到风力的影响，而且不同位置的风散颗粒运动对筛分效率的影响，其包括谷物如何在物场强度不同。同时，物料清选分离总是发生在粒子的料层和靠近筛孔附近分离