農業物料在氣固兩相流場中多自由度振動篩分理論研究

《農業物料在氣固兩相流場中多自由度振動篩分理論研究》是依託江蘇大學，由李耀明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：農業物料在氣固兩相流場中多自由度振動篩分理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李耀明
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

多自由度振動篩能顯著提高農業物料顆粒清選的篩分質量和效率。項目通過研究篩面多自由度運動形式與物料分散速度的關係，反解多自由度振動篩主體激振機構的相關參數，分析激振機構的運動學和動力學特性曲線，提出能使物料快速分散的並聯/混聯多自由度振動篩分機構設計方法；基於接觸力學和碰撞力學理論，建立物料顆粒運動模型，構建物料群在多自由度振動篩面上的運動檢測系統，通過數值模擬和實驗驗證相結合的方法，研究農業物料顆粒群在多自由度振動篩上的運動和透篩過程，揭示顆粒群在篩面上的分層、遷移、碰撞和透篩規律；引入風力因素，耦合氣固兩相流清選環境，建立物料群在氣流和多自由度振動篩共同作用下的氣固兩相流模型，研究農業物料在氣固兩相流場中多自由度振動篩分機理；研製多自由度風篩式清選裝置並進行試驗驗證。本項目的研究成果對提高振動篩清選農業物料的處理能力和篩分質量具有重要的研究價值和科學意義。

結題摘要

隨著農作物品種、生產工藝等條件的不斷改善，清選裝置正向高效率、高清潔率、低損失率和低功耗等方向發展，而並聯振動篩能實現多維振動、利於物料高效篩分，為顯著提高農業物料清選質量和效率提供了新的解決途徑。項目首先利用EDEM軟體建立了兩種分散度仿真試驗模型，針對XYZ、XZ等九種不同多維振動形式，以小麥為研究對象進行分散度仿真試驗研究各運動形式組合對物料分散性的影響，選定XYZ三平移作為並聯振動篩的運動形式。然後，基於並在線上構拓撲結構學理論，構造了三維並聯振動篩主體激振機構的三平移並在線上構支路組合方案，優選了混在線上構2PRRR-P(2R)作為三維並聯振動篩的主體激振機構的最優機型；運用ADAMS軟體對三維並聯振動篩虛擬樣機進行運動學和動力學仿真研究，仿真結果顯示所設計的激振機構滿足振動篩設計要求。通過EDEM軟體仿真研究了初始相位、篩面傾角等因素對三維並聯振動篩分性能的影響規律。引入氣流因素，通過建立三自由度風篩式多自由度清選篩模型，利用CFD-DEM耦合技術，套用Hertz-Mindlin接觸模型模擬顆粒間以及顆粒與篩面間的碰撞，並考慮相間耦合作用的Eulerian模型，對顆粒群在清選模型中篩分過程進行了仿真，研究了不同風速時籽粒、短莖稈的運動速度變化規律，構建了顆粒群在多自由度篩分裝置氣固兩相流場中的振動篩分理論。採用獨立的支撐懸掛系統，將振動篩的激振與支撐裝置分離，並用基於旋轉電機的直線往復驅動模組替代直線電機作為動力源，在振動篩區域引入氣流，成功研製出高承載能力的三維並聯振動清選試驗台樣機。以篩分速度和含雜率為清選性能指標，開展了台架試驗研究，通過極差法分析正交試驗結果，得出各因素對篩分速度、含雜率的影響主次順序。採用綜合平衡法得到的篩分性能最佳的參數組合為：風速為10m/s，風向26°，X振幅8mm，X頻率3Hz，Y振幅2mm，Y頻率2Hz，Z振幅6mm，Z頻率4Hz。在最優參數下，三自由度風篩清選的性能指標為：篩分時間為3.63s，篩分速度為132.18g/s；含雜率為0.497%，研製的三維並聯振動篩分清選裝置具有清選效率高、清選性能好的優點，到達了預期研究目標。研究結果為深入理解多自由度振動篩篩面上顆粒物料的分散、分層機理、完善多自由度振動篩分理論提供了理論依據，也為提高農業物料的篩分和清選效率、減小篩分和清選設備的體積提供了一種新的思路。