基于CFD-EDEM耦合的小区玉米帘式滚筒干燥箱数值模拟

为解决通过现有技术模拟仿真干燥装置干燥物料过程困难的问题,基于CFD-EDEM气固耦合数学模型,采用标准k-ε湍流非稳态的欧拉-欧拉耦合算法对小区玉米帘式滚筒干燥箱干燥过程中气固传热、内流场动态分布进行分析研究。仿真前对气固耦合模型进行了以下前处理:借助三维造型软件建立了干燥箱模型,应用Gambit软件对其进行了网格划分,利用切片造型技术建立了玉米仿真模型,并对两种耦合模型进行了初始条件、边界条件和耦合参数等设定。仿真结果表明:在1.5 s的仿真过程中,玉米模型处于不同温度场数量符合正态分布,其中处于373 K的玉米模型数量为735个左右,大约75个玉米模型温度上升了7.9 K;滚筒内的帘板的转动对热气流有扰动加速作用,使帘板附近的空气速度由0.50 m·s-1上升至0.63 m·s-1。

提高锤片式粉碎机筛分效率的研究

为了考虑多因素解决课题组新型锤片式粉碎机效率偏低的问题,文章采用EDEM-Fluent相耦合的方法,利用Solid Works软件工具对课题组研发的新型锤片式粉碎机进行建模,得到了在粉碎过程中颗粒的分布、运动和碰撞,粉碎机内压力和速度的分布曲线。并通过正交试验分析回料管直径、喂料速率和喂料量三个因素对筛分效率的影响。结果表明:回料管直径对粉碎机筛分效率的影响程度最大,喂料速率次之,喂料量对粉碎机筛分效率的影响程度最小,当回料管直径为50 mm,喂料速率为0.75 kg/s,喂料量为6 kg时,锤片式粉碎机的筛分效率达到最高为88.83%。文章内容具有一定的实用性,其方法对粉碎机的研究具有参考价值。

基于CFD-EDEM耦合技术的立式搅拌磨研究及结果分析

使用EDEM软件进行立式搅拌磨的研究计算,为了简化计算过程,往往忽略立式搅拌磨内的矿浆,只考虑磨内的研磨钢球,计算结果与实际偏差较大。基于CFD-EDEM双向耦合技术,考虑立式搅拌磨内的矿浆、研磨介质以及二者的相互作用,研究了立式搅拌磨的功率、转矩等参数,并与未考虑矿浆条件下的计算结果进行了对比。研究发现:考虑矿浆作用的立式搅拌磨参数数值均小于未考虑矿浆的计算数值;不考虑矿浆的计算,会导致模拟计算结果偏大。

基于EDEM-CFD耦合的内充气吹式排种器优化与试验

针对内充气吹式排种器对圆形种子适应性差、排种效果不佳的问题,对内充气吹式排种器进行优化设计,为增强种子充填容积和气流压附力在型孔底部开设不同结构的槽孔。基于离散单元法理论建立玉米籽粒粘结颗粒模型,运用EDEM-CFD耦合分析方法,以型孔内种子在排种盘转动过程中所受的曳力值为指标,在入口风速为30 m/s、前进速度为8 km/h的工作条件下对3种不同型孔结构排种盘进行圆粒种子排种效果的耦合仿真,分析排种过程中圆粒种子所受曳力的变化情况及清种和压种性能。仿真结果表明:同一排种盘中,因大圆粒种子迎风面积大于小圆粒种子,所受曳力均大于小圆粒,迎风面积大的颗粒更易被清出型孔;径向内开方孔盘型孔内气流对颗粒的曳力及压附力均较大,且增大了型孔对种子在径向方向的充填容积,该盘对圆粒种子及混合种子的工作效果均较好。为验证仿真结果进行台架试验,当前进速度为8 km/h时进行3种排种盘工作压强的单因素试验,结果表明,径向内开方孔盘合格率随工作压强的增大而增大,当工作压强大于5.5 k Pa时,合格率超过95%,明显优于其他2个排种盘;对径向内开方孔盘进行前进速度为4~12 km/h、工作压强为4~8 k Pa的双因素试验,结果表明,合格率随着前进速度和工作压强的增大而增大,针对不同前进速度,当工作压强高于6 k Pa时,合格率接近96%,漏播率低于1%。

碾米过程中的气固两相流耦合仿真初探

初步探索了进行碾米室内气固两相流耦合仿真的方法。在基于EDEM平台创建碾米的离散元模型后,再基于ANSYS WORKBENCH平台创建流体域并划分网格,然后将网格文件导入FLUENT中,接着将EDEM与FLUENT进行耦合连接进行气固两相流耦合仿真求解。结果表明该仿真方法是可行的,为碾米机中的通风结构设计提供了理论依据,对于其他类似的气固两相流仿真也具有一定的借鉴意义。

盘吸式水稻排种器吸种动力学过程模拟及参数优化

准确控制盘吸式排种器的吸种位置是提高水稻育秧播种精度的关键因素,吸盘的吸种位置能够根据种盘内籽粒数量的变化进行自适应调节则是稳定排种器连续作业性能的重要保证。该文通过多球拟合建立了2种椭球体水稻籽粒模型,采用标准k–ε湍流模型和Euler气固两相流模型进行计算流体动力学和离散元(CFD-DEM)耦合,完成了排种器的吸种动力学过程仿真。根据籽粒的空间分布特点,采用均匀分布模型和矩估计法计算了籽粒的空间分布范围和离散系数,获取了垂直往复振动激励下的籽粒离散运动状态和稳定特性,确定了理想的种层厚度范围。以能够有效吸附籽粒为条件,仿真获取了不同种层厚度下的临界吸种位置,分析了吸种距离的变化规律、籽粒形状对吸种性能的影响以及造成漏吸和重吸的原因。受到籽粒相互碰撞挤压等因素影响,CFD-DEM仿真获取的吸种距离小于静止状态下的籽粒吸附临界距离,考虑到实际振动种盘内种群运动的随机性更强,提出在仿真获取的临界吸种位置基础上,适当降低调节距离以提高吸盘的整体吸种性能。结合振动种盘内种层厚度的实时监测技术,以PLC为控制器设计了排种器吸种位置的自动控制装置,并在排种器性能试验台上以压差、吸种位置调节距离、种盘振动频率、种层厚度为因素进行正交试验,通过对吸种合格率的数学回归建模和优化得到:当吸孔直径为2.5 mm、种盘振幅为4.0 mm时,理想的压差为4.4 k Pa、种盘振动频率为10.6 Hz、吸种位置调节距离为2.7 mm。根据优化结果进行吸种性能试验,当种层厚度在15~25 mm范围变化时,排种器的吸种合格率达到94.5%。研究结果可以为提高盘吸式排种器的自动化水平和连续作业性能提供借鉴。

排气管烟尘排放数值模拟分析

基于DEM-CFD气固耦合数学模型,采用标准k-ε湍流非稳态的欧拉一欧拉耦合算法对排气管废气排放过程中烟尘运动过程、空气流场进行分析.在进行仿真之前需对耦合模型进行以下前处理：借助三维软件进行排气单管道建模并进行网格划分,将网格模型导入仿真软件中,对其进行初始条件、边界条件和耦合参数等设定.仿真结果表明：烟尘颗粒在排气管中分布均匀,烟尘没有在重力作用下掉落在排气管内壁;烟尘颗粒在0～0.36s时速度下降不明显,在0.36-0.6s时速度下降明显;在排气管内壁处空气流速较小,从内壁到排气管中心,空气流速逐渐变大.验证结果表明：仿真与试验结果,排气管出口处空气流速变化趋势基本一致,仿真结果整体值略大于试验.

基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

为探究柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)内部积碳层运动引起的堵塞故障,该研究采用积碳层运动与分布可视化试验,并结合离散单元法(E-Discrete Element Method,EDEM)与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),分别对对称、非对称(ACT)结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明:3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小,但排气孔道中心流速相差较大,ACT结构O型排气孔道的出口流速最快,比对称结构快47 m/s;ACT结构O型的静压差最大,是ACT结构D型静压差的1.4倍,是对称结构的3.3倍;在3种结构的DPF进气孔道中,90%以上的积碳层发生了运动,对称结构的堵塞最严重,在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞;ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻,在进气孔道中、后段形成堵塞,且O型堵塞情况好于D型;积碳层密度越大,堵塞位置越靠近进气孔道入口端,导致进气孔道的有效空间减少;积碳层密度越大,进气孔道内的最大堵塞密度反而减小,表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下,对称结构DPF的孔道堵塞虽严重,但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa,而ACT结构的孔道堵塞程度轻,静压差却极大,D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。

气吸式黄精种子精密排种器设计与仿真

人工播种黄精种子的效率低、成本高,现有黄精播种机多采用机械式排种器,存在卡种现象明显、种子损伤率高等问题。针对这些问题,设计一款对不同尺寸黄精种子通用性强,且满足其密植农艺要求的气吸式精密排种器。对黄精种子的种植技术及物理特性进行分析,得到黄精种子是千粒重为35.60 g、球形度为89.95%、等效粒径为3.57 mm的中小粒径种子;对排种器整体结构及工作原理进行阐述,并将排种器工作过程分为3个区域:充种区、携种区、投种区;根据黄精种子农艺要求,对排种器主要部件进行形状结构和尺寸参数设计。利用离散元法(DEM)分析黄精种子充种过程,求解无负压状态下种子运动规律;利用计算流体力学法(CFD)分析排种器内部流场,求解负压室流场压力及流速情况;利用EDEM-FLUENT耦合分析排种器排种性能,求解负压状态下种子运动规律并分析排种器充种性能、携种性能以及投种性能。仿真结果表明:当排种盘转速为30 r/min、气压管负压为3.5 kPa时,设计的排种器排种合格率为90.5%,重播率为6%,漏播率为3.5%,排种性能良好。