基于DEM-CFD耦合的谷物垂直气流风选研究
随着科技的发展与时代的进步,谷物加工业不仅与农业,而且与机械工业尤其是粮食制造业、包装业、零售业等行业之间的联系也越来越密切。除杂作为谷物加工工艺中的第一道工序,其作业质量直接影响到谷物的产品增值,除杂装置工作性能的改善将会带来谷物加工作业质量的整体提高。垂直气流风选装置是常用的谷物二次清选装置,由于其清选过程涉及到气固两相流场,很难采用传统方法来描述其复杂的工作状态,采用计算流体力学或布点测量只能反映气流场的特征,无法描述气流作用下物料运动状态的改变规律以及物料影响下气流场分布情况的变化规律。采用DEM（离散单元法）-CFD（计算流体力学）耦合方法对谷物在除杂装置中的清选过程进行模拟成为了一种新的技术手段。该技术将流体相与颗粒相分别在不同的环境中仿真计算,再通过耦合接口进行信息传递,从而达到同时描述气流场环境与颗粒的运动行为的效果。本文以Solidworks、EDEM和FLUENT等软件为研究工具,以DEM-CFD耦合方法为研究手段,对垂直气流风选装置内谷粒-茎秆混合颗粒体系的分离过程进行了仿真模拟研究,诠释了谷物在垂直气流中的分离机理。在此基础上,采用控制变量法对不同工作参数下的清选过程进行了模拟,研究表明:低风速范围（5、6、7、8m/s）下增大风速能提高风选后谷粒的体积浓度,v=8m/s时,谷粒体浓度达到100%;高风速范围（11、12、13、14m/s）下,v=13m/s时,谷粒出现损失现象,且风速的增大导致损失率变大;v=6m/s、谷粒-茎秆混合颗粒的初始体积分数不变时,不同下料量之间的风选道内气流分布存在差异,下料量越小,风选后谷粒的体积浓度越大,清洁率越高;在保证最佳除杂效果的前提下,本文所研究的垂直气流风选装置10s内所能处理的最大谷物质量为0.99kg。最后通过设计零件、加工制造成功搭建了试验工作台并开展试验,分别对低风速范围下、高风速范围下以及不同下料量下的模拟结果进行了验证。本文的研究工作对加速推进水稻加工业中的机械化除杂具有促进作用,为谷物二次清选装置的研发设计提供一种新的思路和方法。
- 作者：
- 丁贺贺
- 学位授予单位：
- 辽宁科技大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 石加联；马学东
- 中图分类号：
- TS210.4
- 关键词：
- 垂直风选机；谷物清选；DEM-CFD耦合；清选效果
-
- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目(5177052111)