為研究谷物及其雜質(zhì)在風選裝置內(nèi)的運動特性,降低清選作業(yè)中谷物的含雜率、夾帶損失率,同時保證谷物的清選率,采用DEM-CFD耦合方法模擬了不同風速及氣流傾斜角下谷物的清選過程,并結(jié)合空氣動力學,分析了谷物及其雜質(zhì)在流場中的運動狀態(tài)及分離機理。通過分析不同參數(shù)下的仿真結(jié)果表明:水平氣流速度為5 m/s時,谷物平均含雜率為10.575%,夾帶損失率僅為0.066%;隨著水平氣流速度增大,氣流水平作用力P增大,物料飛行系數(shù)增加,水平方向位移隨之增大。水平氣流速度設置為9 m/s時,谷物平均含雜率降低為0.307%,夾帶損失率升至1.275%。將氣流角度由水平改為傾斜10°時,物料的飛行系數(shù)變大,谷物平均含雜率有所下降,而夾帶損失率升高。 

【文章來源】：山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版). 2020,51(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

β=10°圖8給出了氣流傾斜角度為10°條件下，各時刻出口2處的谷物含雜率。當氣流傾角設置為10°(a)v=9m/s,β=10°(b)v=9m/s

，高度為160mm，厚度為80mm，進料斗寬口處長度為100mm，寬度為70mm，窄口處長度為50mm，寬度為15mm；進風口長度60mm，寬度60mm。將模型導入ANSYSWorkbench中劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格如圖2所示。圖1風選裝置圖2網(wǎng)格Fig.1WinnowingdeviceFig.2Grid考慮到EDEM軟件自身建模的缺陷，所以選擇谷物清選除雜中成分含量較高的谷粒、短莖稈、碎莖稈為研究對象。由于EDEM中的顆粒均采用球形，故采用“多球叢聚法”對三種顆粒進行簡化、重疊組合、填充[16]，如圖3所示，其中谷粒由13個不同粒徑的球體填充而成，短莖稈由2個半徑為2mm和19個半徑為1mm的球體填充而成，碎莖稈由36個半徑為0.5mm的球體填充而成。(a)谷粒Grain(b)短莖稈Shortstalk(c)碎莖稈Crushedstalk圖3物料顆粒三維模型圖Fig.33Dmodelsofmaterialparticles1.4模擬參數(shù)設置EDEM中物料顆粒的力學特性參數(shù)及接觸系數(shù)如表1和表2所示[17,18]，風選裝置材質(zhì)選用鋼，由于短莖稈和碎莖稈為同種物質(zhì)，表1、表2中均用莖稈代表。谷物、短莖稈與碎莖稈比例為4:1:0.25，設定谷粒生成速率為1200個/s，短莖稈生成速率為300個/s，碎莖稈的生成速率為75個/s，仿真時間步長設置為瑞利（Rayleigh）時間步長的33.9182%，即4e-6s，仿真時間總時長為10s。Fluent中模擬仿真采用標準的k-ε湍流模型。時間步長設定為EDEM的100倍，即4e-4s。表1材料的物理參數(shù)Table1Physicalparametersofthematerial材料Material泊松比Poisson"sratio剪切模量/PaShearmodulus密度/(kg/m3)Densit

第4期趙磊等:基于DEM-CFD耦合的谷物清選模擬研究·741·2仿真模擬及分析2.1氣流速度分析在風選裝置的入料口處設置顆粒工廠，谷物、短莖稈及碎莖稈在入料口處自由下落，進風口氣流速度設置為5m/s。圖4為2s時風選裝置內(nèi)部的物料位置瞬態(tài)圖，在出口2和出口3處分別設置含雜率統(tǒng)計區(qū)域和損失率統(tǒng)計區(qū)域。從圖4中可以看出，物料落入氣流作用區(qū)域后，在水平氣流作用下3種物料顆粒呈現(xiàn)出不同的運動軌跡，谷粒全部落入出口2中，其中摻雜部分短莖稈，而出口3收集到的全部為短莖稈和碎莖稈。由于谷物、短莖稈、碎莖稈的空氣動力特性不同，豎直下落的物料受到水平氣流作用后會呈現(xiàn)不同的運動軌跡，物料在風選裝置內(nèi)受到自身重力G，空氣浮力P′以及水平氣流作用力，三個力的合力為F，如圖5所示，物料將沿著F的方向運動，其運動軌跡為拋物線，物料的運動方向角為α。(a)谷粒Grain(b)短莖稈Shortstalk(c)碎莖稈Crushedstalk圖5物料顆粒受力圖Fig.5Diagramofmaterialparticleforce如果空氣浮力P′忽略不計，則[19]：mgkvvAGPwq2)(tan(11)當水平氣流作用力P不變時，重力越大，α就越大，即物料顆粒的運動方向角α越大�？諝鈩恿W中，tanα為物料在流場中的飛行系數(shù)，物料的粒度、密度等物理性質(zhì)不同，在同一氣流中的飛行系數(shù)也不相同，當氣流速度一定時，飛行系數(shù)越大的顆粒在氣流驅(qū)使下所做的水平位移越大。由公式(11)可知，當α(0,π/2)時，物料的飛行系數(shù)與自身質(zhì)量成反比，因此質(zhì)量較大的谷粒下沉趨勢明顯，率先落入出口2中，而質(zhì)量相對較輕的短莖稈和碎莖稈在水平氣流作用力的驅(qū)


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