谷物气流清选气固两相流模型研究及高效节能清选装置设计

全喂入水稻联合收割机的脱出物含杂率较高，必须提高其清选装置的气流清选效率。清选室内的流场状态与清选性能有密切关系，而长期以来清选室的设计选型没有系统考虑室内流场状态，因此很难实现最佳的清选性能，从而导致能耗过高。为此，本项目拟开展谷物气流清选过程的机理研究及谷物气流清选室的创新结构设计：（1）研究基于统计预测和离散单元法的谷物气流清选过程的气固两相流模型；（2）研究谷物清选室产生涡流的主要因素，对清选室结构进行设计改型；（3）研究限制谷物落料状态的设计方案，保证气流对短茎秆的走向作用；（4）应用PIV（粒子成像测速）测试清选室内流场分布，验证理论模型的有效性；（5）应用谷物-气流气固两相流模型优化全喂入水稻联合收割机清选装置。本项目的研究成果对于促进农业物料气力清选、输送的气固两相流理论模型研究，改进传统气流清选室的结构，设计清选效果好、能源利用率高的新型谷物清选装置具有十分重大意义。

清选装置是联合收割机的重要组成部分，其清选性能中的籽粒含杂率、清选损失率是衡量联合收割机产品质量的重要指标之一。本项目针对目前在清选装置设计和研究上存在的几点问题，提出了一种新型的贯流式谷物清选装置，并且成功的设计和制造了样机。这款新型的清选装置有三个主要特点：一是设计了一个喇叭形扩展通道，该通道既保证了清选室侧面尺寸与出风口尺寸一致，使气流进入清选室时在垂直于气流速度的整个清选室端面上均匀分布，又增强了气流的速度；二是采用了贯流式风机作为风源，该风源产生的气流在风机的轴向上均匀分布；三是设计了两个相向转动的喂料辊，使得进入清选室内的谷物呈均匀的薄层状，这样就保证了大部分难风选的短茎秆在进入清选室时其轴向与风向垂直，使短茎秆与谷物尽快分离。.在纯气流运动时，对扩展通道和清选室内的气流运动状态和分布规律进行研究，基于气相k－ε湍流模型，建立气体的运动方程式和边界条件，模拟气体的流动，得到了扩展通道和清选室内气流场的运动速度及其分布规律。引入了离散单元法，建立了离散单元颗粒的力学模型，推导出了颗粒之间的接触力计算方程和颗粒模型的运动方程。基于计算流体力学－离散单元法（CFD-DEM）联合仿真清选室内气固两相流模型，采用SIMPLE方法对流体相进行模拟，采用颗粒轨道模型对物料颗粒进行模拟计算，得到了各个颗粒在清选室内的位置状态和运动轨迹。模拟计算的结果表明，清选室内气流存在一定的水平分层现象，表现为靠近清选室上下壁板附近流速低，中部流速高，但在层内流场分布平稳，没有明显涡流产生；谷物中不同组分颗粒的运动轨迹有很大差异，表明该新型贯流式清选装置可有效分离谷物物料中的不同成分。.建立多因素多水平混合正交试验表，在设计安装的新型贯流式谷物清选装置试验台上，进行物料运动轨迹试验和谷物的清选性能试验。一方面通过高速摄像记录谷物、杂质的实测轨迹数据，并把实测轨迹与理论仿真轨迹进行对比，以验证理论模型的正确性。另一方面，进行谷物的清选性能试验，以验证所设计的新型谷物清选装置的工作性能，并通过实验数据结果处理，分析各工作参数对清选性能指标的影响程度。通过大量的试验测定，优化确定清选装置的主要工作参数。.已发表论文 12 篇，其中EI检索 8 篇，SCI检索 1 篇，申报发明专利 1 项、授权实用新型专利 1 项。