科研产出
滚筒筛式膜杂分离装置数值模拟与参数优化
《中国农机化学报 》 2024 北大核心
摘要：滚筒筛式膜杂分离装置存在膜杂混合物经筛分后膜中含杂率高等问题，利用计算流体力学（CFD）与离散元（DEM）耦合方法，对滚筒筛式膜杂分离装置清选室气流场动态分布以及装置内物料运动情况进行数值模拟，确定工作参数范围。选取气流角度、进气口风速和滚筒转速为试验因素，进行气固两相流耦合仿真试验，分析各试验因素对清选室气流场以及对装置内物料运动情况的影响，以产出物含膜率、杂中含膜率及残膜产出量为评价指标，开展三因素三水平正交试验，通过多目标优化的方法得到最佳工作参数组合：进气口风速为8.5 m/s、气流角度为8°、滚筒转速为26 r/min,在此条件下进行验证试验，结果表明：产出物含膜率为89.31%、杂中含膜率为1.99%、残膜产出量为0.032 6 kg/s,试验结果与理论优化值相对误差小于7%,各指标分别优于工作参数优化前0.87个、3.82个、6.57个百分点。该研究验证基于DEM-CFD气固两相流耦合仿真对滚筒筛式膜杂分离装置流场分析的可行性，为滚筒筛式膜杂分离装置作业参数优化提供理论依据。
关键词： DEM-CFD耦合 膜杂分离 数值模拟 正交试验 响应面分析
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云南山地核桃振动采摘机的设计与试验研究
《农机化研究 》 2023 北大核心
摘要：为了解决云南省山地核桃收获机械化作业率低、人工劳动强度大、采摘成本高的问题，通过对云南山地核桃物理特性进行分析，设计了一种新型山地核桃振动采摘机。通过理论分析设计了核桃采摘机的关键部件，建立了三维模型，并运用ADAMS对采摘机构进行仿真。运用ANSYS Workbench对核桃收获过程进行模拟分析，结合正交试验确定了采摘机的最优工作参数，为采摘机设计提供了理论基础，并以此为设计参数进行样机试制，进行了田间试验。仿真结果表明：核桃采摘机在汽油机转速为2500r/min（即振动频率为20Hz）时，树体伤害最小。根据正交试验可知：汽油机转速为2480r/min、夹持位置为1038mm、连杆长度为55mm时，性能最优。田间试验表明：仿真试验结果正确，核桃采摘机采摘率为85.58%,满足核桃采摘需求，且对核桃树枝几乎没有损伤。
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基于CFD-DPM的风选设备参数仿真计算方法
《农业装备与车辆工程 》 2023
摘要：为了给风选设备的设计提供参考依据，提出一种基于CFD-DPM的风选设备参数仿真计算方法，以残膜和棉秆为研究对象进行试验验证。分别对悬浮试验台气流场和验证试验台气流场中的残膜和秸秆进行运动分析，推导等效运动颗粒仿真参数计算公式并求其具体数值。构建CFD-DPM耦合模型，对等效颗粒在验证试验台中的运动进行数值模拟计算，求解验证实验台在不同参数下进行残膜和秸秆分离所需的离心风机临界转速。对仿真获得的离心风机转速进行相同条件台架试验验证，仿真值与实测值误差小于10%，仿真结果具有较高准确性，证明研究方法可行。
关键词： 农业机械 CFD-DPM 风选 仿真计算 设计 试验
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立式机械冲击式超微粉碎机分级结构的改进设计
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对当前结构立式机械冲击式超微粉碎机加工的成品物料存在粒度分布较宽且有大颗粒夹带的问题，为了提高其立式分级结构分级性能，对分级室内导流罩轴向位置变化、分级叶轮轴向尺寸变化对分级性能的影响进行研究，该研究在现有分级室结构基础上提出了两种改进结构，改进结构一：导流罩上沿与上端盖贴合，阻断导流罩与上端盖间物料流通路径，分级轮轴向尺寸不变；改进结构二：导流罩位置不变，分级轮叶片高度加高，加高后分级轮叶片上沿距离出料口底端部3 mm。对改进前后结构进行分级性能试验，利用CFD软件，采用气-固两相流的数值模拟方法对分级室内流场进行数值模拟，分析不同结构下流场变化规律来解释试验结果。结果表明：相比改进前，两种改进结构都有效避免了大颗粒进入成品物料，从分级粒径、分级效率及分级精度指数3个指标对比得出改进结构二分级效率及分级精度均优于另外两种结构，改进结构一分级得到的产品更细，但分级效率低。该研究结果可为CWFJ型立式机械超微粉碎机分级室流场研究和结构优化提供方法和理论依据。
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滚筒筛式膜杂风选机筛孔清堵装置设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决滚筒筛式膜杂风选机运行过程中易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高等问题,设计了一种通过喷头喷射气流扰动筛孔处流场、破坏堵塞物在筛孔处受力平衡的筛孔清堵装置.该装置包含对角安装在滚筒筛式膜杂风选机两侧的离心式鼓风机、稳压管、滚筒外缘的气流管道等.通过理论分析确定了筛孔清堵的临界气流速度为1.151 m/s,采用计算流体力学仿真与曲线拟合的方法探明了风机风速与喷头喷射气流速度呈正相关关系,最终确定风机风速为9.2 m/s.设计并搭建样机进行试验,结果表明:当风机风速为9.2 m/s时,筛孔堵塞率为8.28%,膜中含杂率为7.33%,较安装筛孔清堵装置前筛孔堵塞率、膜中含杂率分别降低16.27、4.64个百分点,其中各喷头喷射气流速度平均值为3.81 m/s,最小值为1.22 m/s,满足清堵要求,清堵装置持续工作过程中,筛孔堵塞率和膜中含杂率基本保持不变.
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基于EDEM-ADAMS仿真的稻茬地双轴破茬免耕装置研制
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对长江中下游稻麦轮作区的稻茬地根茬量大韧性强、土壤黏度高不宜粉碎等问题，该研究基于仿真试验研制双轴破茬免耕装置。通过EDEM软件建立破茬开沟装置-秸秆-土壤离散元模型，采用正交试验得到破茬开沟装置的刀型、排列方式以及刀具数量，基于EDEM-ADAMS联合仿真，采用单因素试验、正交试验、二次回归正交旋转试验和响应曲面法对甩刀、粉碎装置以及双轴破茬免耕装置进行动力学分析，得到甩刀具参数、旋耕刀轴和粉碎刀轴转速以及双轴轴心水平与垂直高度，得到机具最佳参数：破茬装置选用30把旋耕刀采用双螺旋排列，刀轴转速为286r/min；粉碎装置选用L型（32把）和直刀（8把）采用双螺旋排列，刀轴转速为605r/min；双轴水平距离548 mm、垂直高度168mm。根据优化参数试制样机并进行田间性能测试。田间试验结果表明，秸秆和稻茬以0.93 kg/m~2全量覆盖时，双轴破茬免耕装置对水稻秸秆、根茬的平均切断率以及切茬率分别为95.09%和95.16%，机具通过性良好，田间平均出苗率为95.29%，符合当地农艺要求，适用于秸秆覆盖量大的作业情况。所设计的双轴破茬免耕装置满足长江中下游稻麦轮作区小麦免耕播种作业要求，可为双轴旋转型耕作装置以及根茬不易粉碎、土壤黏度高条件下的免耕播种提供参考。
关键词： 农业机械 仿真 破茬粉碎 少免耕 防堵 EDEM-ADAMS
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基于介质湿度控制的苹果片红外漂烫传热模拟与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了揭示空气介质对苹果片红外漂烫的传热作用机制以及对膨化干制的影响,该研究将介质湿度控制技术用于苹果片红外漂烫预处理中,利用数值模拟方法并结合苹果漂烫干燥试验,解析不同介质湿度下苹果片红外漂烫的传热传质规律,探究基于介质湿度控制的红外漂烫预处理对干燥效率和膨化干燥后产品色泽的影响.研究结果表明,基于红外辐射与对流传热原理的数学模型,并考虑物料水分蒸发与蒸汽冷凝能够较好描述红外漂烫的传热传质过程.物料含水率与温度模拟结果的相对误差为0.54%和0.39%.在恒定120℃红外加热温度下,介质相对湿度对苹果片红外漂烫的热质传递、漂烫后干燥效率与产品色泽均具有明显的影响.在低湿的状态下(1%相对湿度)进行红外漂烫,物料表面水分快速向空气介质中蒸发扩散,伴随的水分蒸发耗热量占物料吸热总量的40%,致使物料升温缓慢.将介质湿度提高至50%相对湿度能够抑制苹果片表面的水分蒸发,同时介质中水蒸气冷凝放热能够大幅提高漂烫初期的物料升温速度,漂烫120 s后物料中心温度迅速提高至86.8℃.因此,提高红外漂烫的介质湿度能显著提高漂烫后苹果片干燥速率与产品色泽.与1%相对湿度相比,在120℃、50%相对湿度下红外漂烫后苹果片的预干燥时间缩短了8.3%,苹果片干燥的色差值与褐变指数分别降低了55.6%和37.4%,护色效果优于热水漂烫.研究结果为苹果片等果蔬高质高效干燥的红外漂烫预处理工艺开发提供了新思路.
关键词： 干燥 数值模拟 相对湿度 红外漂烫 苹果脆片 膨化干燥
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种植密度和播期对冬小麦籽粒品质影响的模拟研究
《中国农业科技导报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：种植密度和播期是影响冬小麦籽粒品质的2个重要因素，为量化种植密度和播期对冬小麦籽粒品质的影响，构建种植密度和播期对冬小麦籽粒品质影响的模拟模型，以济麦44为材料于2019—2020和2020—2021年度开展了种植密度和播期试验，分析了种植密度和播期对冬小麦籽粒主要品质参数的影响规律。结果表明，在10月10日播期内，随着种植密度增加，小麦粗蛋白含量、湿面筋含量和面团吸水率均先增大后减小，出粉率逐渐减小，而面团稳定时间先减小后增大；在10月20日播期内，随着种植密度增加，小麦各品质指标均先减小后增大；在10月30日播期内，小麦粗蛋白含量、湿面筋含量和面团吸水率均先增大后减小，而出粉率和面团稳定时间则先减小后增大；随着播期延迟，籽粒蛋白质含量和面团吸水率先减小后增大，湿面筋含量和出粉率逐渐减小，而面团稳定时间则逐渐增大。通过引入种植密度和播期影响因子，构建了种植密度和播期对冬小麦籽粒品质影响的模拟模型。经2020—2021年度冬小麦生长季试验数据检验，根均方差（RMSE）、绝对误差（da）和绝对误差(dap)占实测值比率均显示模拟值和实测值有较高的一致性，所建模型可较好地模拟种植密度和播期对冬小麦籽粒品质的影响。
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马铃薯联合收获机车身调平系统设计与试验
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对马铃薯联合收获机作业时车身不能随地形起伏变化自适应平衡,导致作业安全性低、收获损伤大、收获品质差的问题,设计了一种马铃薯联合收获机车身调平系统,该系统采用融合一阶惯性滤波的倾角传感器监测车身横向倾斜角度,干扰和抖动被有效抑制;通过车身调平机构动力学分析,建立了系统的数学模型;采用基于一阶惯性滤波的模糊PID算法控制比例阀驱动升降液压缸运动,从而实现马铃薯联合收获机车身自动调平.对车身调平系统进行仿真分析,结果表明:与传统PID算法相比,模糊PID具有更好的控制性能,系统调节时间缩短51.77%,上升时间缩短53.57%,最大超调量减小6.25%;对整机控制系统进行静态和动态试验测试,结果表明:在坡度-10°~10°范围内,系统自动调平时间小于4 s,最大调平误差小于1°;车身在倾斜角10°工况下,使用模糊PID控制算法自动调平时间缩短约50%,静态试验结果与仿真分析结果相符;在起伏变化较大的路面以速度3.6 km/h行驶时,车身倾斜角误差控制在±3°以内,较好地实现了马铃薯联合收获机车身自动调平控制,满足实际作业需求.
关键词： 马铃薯联合收获机 车身调平系统 模糊PID算法 仿真 试验
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水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率影响的模拟研究
《中国农学通报 》 2020
摘要：为定量分析水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响,以‘济麦22’为材料,于2016—2017和2017—2018年度开展施氮试验。结合2017—2018年度试验资料,通过分析水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响规律,引入氮素和水分影响因子,构建水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率影响的模拟模型S_((j,t))=S_((W3N300,t))×(1+F_N)×(1+F_W)。经2016—2017年小麦生长数据检验,除绝对误差占实测值比率d_(ap)略高外,RMSE值、平均绝对误差d_a以及相关系数r均显示模拟值和实测值有较高的一致性,说明实测值与模拟值吻合程度较好,所建模型可较好模拟水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响。
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