微型联合收割机气流式清选装置的仿真研究

论文摘要

我国是农业大国,联合收割机有着非常广泛的应用。在我国南方丘陵地带,微型联合收割机具有很好的市场前景,但微型联合收割机由于受到尺寸、结构待方面的限制,并没有清选装置,因而收获的谷物含杂率高,其使用受到了制约。本文针对我国南方的实际情况,设计并研究适用于微型联合收割机的清选装置,以改进其谷物清选性能。本文首先系统研究了各种清选方法和清选装置的工作原理,对各自的结构特点与工作性能进行分析与比较,阐明了使用气流式清选装置进行谷物清选在结构与性能方面的综合优越性,经过对谷物的一些基本物理特性及清选的方式进行进一步的研究后,确定了微型联合收割机清选装置的结构和研究的技术路线。其次,本文结合气流式清选装置的设计需求,论证了选用FLUENT软件进行清选装置仿真的合理性,探讨FLUENT软件的结构、求解步骤、常用的网格划分、压力-速度耦合方式；给出了清选流场数值模拟时的边界条件；确定了气体相的数值模拟计算方法为RNG k-ε模型；引入多相流清选流场的体积分数；建立了欧拉模型下的清选流场的守恒方程。最后,本文利用UG软件建立了2D和3D的气流式清选装置参数化模型；2D模型导入到GAMBIT模块中进行网格划分；网格导入到FLUETN中进行检查；选择求解清选问题的欧拉多相流模型和数值模拟的RNG k-ε模型；设置了边界条件、离散格式、压力-速度耦合方式；建立了清选流场,实现了对谷物分离效果的模拟,获得相关数据。分别得到了气流式清选装置的静态等压云图、籽粒相图、速度云图、速度矢量图、杂质出口分布图、籽粒出口分布图等,给出适用于微型联合收割机的气流式清选装置的工作性能仿真结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 设计背景
• 1.2 本课题研究的内容
• 1.3 本课题的研究意义
• 第二章 谷物的清选原理及微型联合收割机气流式清选装置的确定
• 2.1 前言
• 2.2 清选的方法
• 2.2.1 筛选
• 2.2.2 气流清选
• 2.2.3 窝眼筒分选
• 2.3 清选装置
• 2.3.1 气流式清选装置
• 2.3.2 风扇筛子式清选装置
• 2.3.3 气流清选筒
• 2.4 谷物清选的物理特性
• 2.4.1 谷粒的尺寸
• 2.4.2 谷粒密度（比重）
• 2.4.3 谷粒的空气动力学特性
• 2.5 谷物清选方式
• 2.5.1 垂直上升气流
• 2.5.2 水平或倾料气流清选
• 2.6 微型联合收割机清选结构的确定
• 2.6.1 清选装置设计的内容
• 2.6.2 气流式清选装置设计的基本原理
• 2.6.3 本课题的研究路线
• 第三章 FLUENT软件与多相流模型
• 3.1 引言
• 3.2 FLUENT简介
• 3.2.1 FLUENT软件的结构及计算清选流场的流程
• 3.2.2 用FLUENT程序求解清选的分离问题的步骤
• 3.2.3 FLUENT解法器
• 3.2.4 清选流场的求解方法的选择
• 3.2.5 清选装置边界条件的确定
• 3.2.6 气体相的数值模拟计算方法研究
• 3.2.7 离散格式选择
• 3.2.8 压力-速度耦合方式选择
• 3.3 清选流场中的多相流与欧拉模型
• 3.3.1 多相流基础
• 3.3.2 多相流建模方法与清选流场的欧拉模型
• 3.3.3 欧拉模型解决清选流场多相流问题
• 第四章 清选装置设计与流场分析
• 4.1 引言
• 4.2 清选装置设计
• 4.2.1 确定基本外形有尺寸参数
• 4.2.2 创建清选筒二维图
• 4.2.3 创建清选筒三维图
• 4.2.4 生成二维图
• 4.3 划分网格
• 4.3.1 网格导入
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 设置边界条件
• 4.3.4 保存模型
• 4.4 清选装置流场分析
• 4.4.1 网格导入与检查
• 4.4.2 选择求解器
• 4.4.3 选择湍流模型
• 4.4.4 设置多相流模型
• 4.4.5 设置物理属性
• 4.4.6 各相设定
• 4.4.7 设置操作条件
• 4.4.8 设置和修改边界条件
• 4.4.9 设置残差监视
• 4.4.10 初始化
• 4.4.11 迭代计算
• 4.4.12 创建分析图
• 4.4.13 不同风速下的分离效果对比
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 符号表
• 参考文献
• 致谢