流体播种种子均匀悬浮机理及精量成穴关键技术研究

Fluid sowing is a effective way to solve the problems of dificult seperation of seeds, damages to seeds of traditional metering devices when sowing special seeds, such as seeds of complicated shapes, small and soaked and sprouted seeds and improve the mechanical sowing performance of these seeds. However, fluid sowing still can not ensure the uniform distuibution of seeds in the gel and the uniform metering of the seeds as well, it can not ensure precision metering of seeds for hilling sowing either. So it's application has been limited. On determining the type and raio of the components of the gel, this project will reveal the mechanism of the gel flow field varying with parameters of the system of seed container and pneumaticaly agitaion based on numerical simulation and analysis to the multiphase flow of seeds and gel with computaional fluid dynamics (CFD) theory and software FLUENT; put forward the method of uniform distribution of the seeds in multiphase gel of water, agitating air according to the study on dynanic properties of the seeds in the flow field of gel with high-speed photography, so to optimize the paramters of the system of seed container and pneumatic agitaion facilities to ensure uniform distribution of the seeds; develop the method and related device for fluid hill-sowing and optimize the parameters of hilling device with computaional model and dynamic simulation techniques; ensure precision metering of seeds and controlled ration of gel by incorporating pressure control and photoelectric detection, the technology and the parameters of the fluid precision hilling system will be determined; provide reference for developing fluid sowing machines.

流体播种是解决形状特殊、粒度细小、浸泡催芽等特殊种子利用传统排种器播种时存在的离散难、伤种严重等问题、提高机播性的有效方法。但目前，流体播种技术不能保证种子在种液中均匀悬浮，导致播种均匀性差，对于穴播还不能精量成穴，制约了该技术的推广应用。为此，本项目在筛选种液组分的基础上，利用计算流体动力学理论及FLUENT软件，对种液多相流进行数值计算和仿真分析，揭示种液流场随种箱、压气搅拌系统参数变化的规律；利用高速摄影技术研究种子在种液流场中的动力学特性，形成种子在由水、保水剂胶体、搅拌空气等构成的多相流中的均匀悬浮理论，优化利于种子均匀悬浮的种箱及压气搅拌系统的参数；研究实现流体穴播成穴机理及相应装置，利用计算机建模与动态仿真技术，优化成穴器参数；利用稳压控制和光电检测等关键技术保证精量排种和定量排液，并通过试验验证，确定精量成穴工艺及其装置系统参数，为流体播种装备的研发提供设计理论与试验基础。

流体播种技术将种子、水、保水剂或其它材料一起排出，以解决形状特殊、粒度细小、浸泡催芽等特殊种子播种时存在的排种器难于充种、不易定量、伤种严重等问题，提高机播性。本项目针对种子不能均匀悬浮使播种均匀度差、穴播作物成穴效果差等问题，开展了流体播种种子均匀悬浮机理及精量成穴关键技术研究，主要研究内容及成果如下：①揭示了种液组分、配比对其粘度等流体力学特性的影响规律；筛选出种液组分及其配比，为研究种子在种液中均匀悬浮及流体播种技术的应用奠定基础。②优化了种箱的结构、压气搅拌系统等参数，揭示了气流速度等参数对种液流场的影响规律，找到了保证稳定的、有利种子悬浮和均布的流场所需的进气口的位置,为流体播种机种箱系统设计奠定了基础。③阐明了在高压气流作用下，由种子、水、保水剂胶体、搅拌空气等构成的多相流中，种子与保水剂胶体、气泡在流场中相互作用机理，为探求种子在种液多相流中均匀悬浮的理论、流体播种压气搅拌混合系统研究奠定基础。④探讨了拨轮式、型槽式、索盘式三种流体播种定量成穴方法，发明了三种流体穴播装置，攻克了定量成穴的关键技术。针对小粒种子，探讨了流体喷播机理，发明了喷播式流体播种装置。⑤揭示了机械振动的频率、振幅等对流体播种种液中种子沉降速度、种子均匀度的影响规律，建立了其数学模型。研究结果表明可利用振动克服种子沉降，保证种子均匀分布。⑥优化并确定了流体穴播成穴工艺及其装置系统参数，设计了三种原理的流体穴播机，并进行了机器的试验研究，结果表明，三种机具均能满足穴播的农业技术要求。.本项目已发表研究论文7篇，其中4篇为中文核心期刊论文，2篇国际会议论文，1篇为国内重要会议论文，已完成3篇研究论文投稿工作。申请国家专利11项，其中发明专利6项，授权3项；实用新型专利5项，授权3项。培养研究生9人，已毕业7人。参加境外学术交流2次，国际学术报告3次，国内学术会议报告2次。进行了水稻流体穴播机的田间试验示范，具有较好的社会影响。本项目达到研究目标和预期成果，具有较高的理论价值和广阔的应用前景。