棉花加工中氣力清雜多相多介質耦合的多場特性研究

《棉花加工中氣力清雜多相多介質耦合的多場特性研究》是依託濟南大學，由董全成擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：棉花加工中氣力清雜多相多介質耦合的多場特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董全成
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

目前棉花加工中採取的用機械部件清除雜質，獲取純淨棉纖維的方式，使棉纖維損傷較為嚴重，對紡織產品質量產生了嚴重影響，而通過氣力方式清雜則可有效減輕機械部件對棉纖維的損傷。本課題以氣力清雜中棉纖維和雜質的耦合特性、物理特性、氣固耦合特性以及氣力機械力協同清雜的多體動力學系統為研究對象，對氣力清雜進行基礎理論研究。具體內容包括：理論分析與實驗測量棉纖維和雜質的耦合特性、物理特性，建立模型；研究氣力清雜中的氣固耦合特性，氣、固、機多場耦合特性，進行流場動力學建模以及氣-柔-剛多體動力學系統建模；在可靠數學模型基礎上，建立基於機械結構參數、流場特性參數以及棉纖維性狀參數的多因素氣力清雜最佳化控制模型。本課題旨在研究氣力清雜基礎理論過程中，通過對流場、柔性物質場、機械場的耦合特性分析，為提高氣力清雜的清雜效率和自動化套用奠定理論和技術基礎，最佳化氣力清雜設備的研發與改進。

結題摘要

隨著人力成本上升，機械化採摘棉花變的越來越廣泛，但給棉花加工帶來了難題。機采棉由於含雜率、回潮率較高，在棉花加工階段需要增加機械清理環節，才能使加工出的皮棉含雜率達到合格水平，但是過度機械清理，會對棉纖維造成巨大損傷。氣力清雜採用慣性離心分離的方式清除雜質，能夠有效清除不孕籽、破籽、棉結以及索絲等重雜，清雜過程對棉纖維損傷較低，但其清理效率較低，且衣分損失較大。提高氣力清雜在棉花清理中的比重，解決效率低下，衣分損失較大的弊端，是提高機采棉皮棉品質的重要途徑。課題研究首先從氣力清雜機理展開，通過分析，得出氣流式皮棉清理機的入口風速、出口壓力以及排雜槽口寬度等工藝參數對清理效率和衣分損失具有重要影響。氣力清雜過程中，棉纖維和雜質由於所受慣性離心力大小不同而產生不同的運動軌跡，因此課題對棉纖維和雜質在氣流作用下的受力及運動規律進行了分析，通過建立其動力學方程，揭示了棉纖維和雜質的運動速度、排雜槽口位置以及寬度、管道彎曲半徑以及角度等因素對清理效率和衣分損失的影響規律，在理論分析的基礎上，採用數值模擬方式分析了進口風速、出口壓力以及排雜槽口寬度對氣流式皮棉清理機內部流場特性，以及棉纖維和雜質運動軌跡的影響。棉纖維由於天然扭曲而造成的鑲嵌和勾拉作用，會使其和雜質耦合在一起，通過排雜刀的衝擊作用，會使部分和棉纖維弱耦合在一起的雜質實現脫離，課題對棉纖維、雜質以及排雜刀之間的受力與運動關係進行了分析，在此基礎上構建了動力學模型，以雜質脫離和棉纖維損傷作為切入點，揭示了入口風速、排雜角、排雜刀刃角等工藝參數和結構參數對雜質清理效率和棉纖維損傷的影響規律。課題研究的成功實施，能夠顯著提高氣力清雜的清理效率，降低衣分損失，可為氣力清雜設備的結構改進和工藝參數最佳化提供理論依據，這也有助於棉花加工自動化、智慧型化的發展，也符合最新的國家發展智慧型農業、精細農業的政策需求。