清選混合物成分的分析及玉米籽粒的機械物理特性的確定

1、(1) .清選混合物成分的分析及玉米籽粒的機械物理特性的確定1）采用實驗的方法確定玉米聯(lián)合收割機脫出物的成分及其所占比重并進行脫出物的含水量的測定。2）確定玉米籽粒的三維幾何尺寸、籽粒的千粒重及密度、內(nèi)摩擦系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)、玉米籽粒的恢復(fù)系數(shù)、物料的懸浮速度的測定(2) 確定風機類型與清選篩的類型，以及風機與清選篩的組合方式，研究時采用的風機類型為雙風道貫流風機、圓錐形離心風扇風機，清選篩種類為螺旋鋼絲圓筒篩和往復(fù)振動式復(fù)合篩(由于玉米含水量較多在篩分是容易出現(xiàn)堵篩孔的現(xiàn)象因此可以在篩子的底部增加振動球），隨機兩兩組合組成清選機構(gòu)。其中雙風道貫流風機的最佳結(jié)構(gòu)數(shù)圓錐形風扇的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 /

2、 6（3） 進行仿真模擬 1)建立清選機構(gòu)的三維模型2）無物料時清選室內(nèi)氣流場的研究：應(yīng)用CFD軟件對全流道氣流場進行數(shù)值模擬。分析風機的結(jié)構(gòu)參數(shù)、功能參數(shù)，等因素對氣流場分布規(guī)律的影響，并利用布點法進行試驗驗證3）)物料在篩面上運動規(guī)律的研究：對單顆粒在氣流和振動篩的共同作用下進行理論分析;利用EDEM軟件對單顆粒的非線性運動狀態(tài)進行模擬與分析，在此基礎(chǔ)上對物料群在篩子的形狀、位置、運動方式等因素變化情況下進行數(shù)值模擬，找出影響篩分清潔度和篩分損失的主要因素4）基于CFD一DEM藕合的清選室內(nèi)氣固兩相流的研究：針對玉米清選混合物的清選過程，研究并建立基于CFD一DEM禍合的數(shù)值模型，進行計算

3、機仿真，研究風力因素對清選性能的影響。（4） 清選裝置的結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化清選裝置的結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化根據(jù)理論分析結(jié)果，在風篩式清選試驗臺上進行正交試驗，建立清潔率和損失率與各工作參數(shù)的數(shù)學模型，以篩分損失率、篩分效率和含雜率為目標，綜合考慮風篩式清選裝置的清選性能情況，通過多目標遺傳算法對風篩式清選裝置進行參數(shù)優(yōu)化。（5） 實驗檢驗與改進具體的仿真過程，1、物理模型與網(wǎng)格化，數(shù)值模擬對象為風篩式清選裝置清選室(簡稱清選室）在FLUENT的前處理軟件Gambit中選擇FLUENTS/6求解器，為便于建模和計算，在Gambit中對實際結(jié)構(gòu)進行簡化，確定出模型中篩面傾角、篩面前沿距進風口的高度尺寸和軸向尺

4、寸、篩子孔徑、孔隙率然后利用Gambit對模型進行體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格生成對整個計算工作起著重要的作用，其質(zhì)量直接影響計算精度和收斂速度。本例中Elements選擇Tet/Hybrid，Type選擇Torid進行體網(wǎng)格劃分。2、數(shù)值模擬及分析，采用基于壓力的SIMPLE非藕合隱式求解算法，為提高計算精度，離散格式采用幾階迎風格式。設(shè)置作壓力為一個大氣壓。為減少計算復(fù)雜性，設(shè)置3個邊界條件:設(shè)置離心風機的出風口為速度入，設(shè)置振動篩前土方的抖動板上方為壓力入口，設(shè)置振動篩尾部的吹出口為壓力出口，其余系統(tǒng)默認為壁面。假設(shè)風機出風卜J的風度是均勻一致的，在風速為？和？的情況下，分別對風機出風口角不同的幾種

5、情況如A、B、C、D和篩面中部離清選室頂部am、bm況進行模擬。1）風機出風口角度對氣流場的影響 在風機出風口風速一定、篩面中部距頂部距離一定、風機出風口角度為不同值的情況下，對清選室內(nèi)氣流場進行模擬，取典型截面一篩面中部縱剖面為例。2）篩面中部距清選室頂部的距離對氣流場的影響，在風速和風機出風日角度都相同的情況下，對篩面中部距清選室頂部距離離為不同值情況下進行模擬，同樣取典型截而篩面中部縱剖面為例，得出其模擬結(jié)圖。3）進風口風速對流場的影響，在其他條件與1）相同，出風口速度不同的情況下進行試驗的出模擬結(jié)果矢量圖4）清選室內(nèi)不同部位的氣流場分析。物料顆粒在篩面上的運動分析及數(shù)值模擬1、 建立振

6、動篩的三維模型、物料的三維模型2、確定Hertz一Mindiin接觸模型為EDEM的接觸模型分析物料群在篩面上的運動規(guī)律。3、確定顆粒模型由于軟顆粒接觸模型可以吸納眾多的接觸模型，并且在模擬龐大數(shù)目顆粒系統(tǒng)時，其執(zhí)行時間也有優(yōu)勢，因此具有較廣的適用范圍?？紤]到篩面上物料群碰撞的復(fù)雜性選用軟接觸模型。4、利用EDEM軟件進行單顆?；煦邕\動的數(shù)值模擬及其分析。5、物料群的振動篩分數(shù)值模擬與分析，1）用EDEM對物料的相關(guān)參數(shù)進行賦值2）物料在篩面上的運動仿真，振幅對篩分的影響、頻率對篩分的影響、方向角對篩分的影響、以及振動篩其他機構(gòu)或功能參數(shù)對篩分的影響。（基于軟顆粒模型的顆粒離散元方法，根據(jù)顆粒

7、間重疊量計算接觸力，依此更新每個顆粒的速度和位置，進而確定性的演化整個顆粒系統(tǒng)，即顆粒的運動軌跡）風篩式清選裝置振動篩上物料運動的CFD一DEM數(shù)值模擬前面分別應(yīng)用計算流體力學(CFD)和顆粒離散元法(DEM)對風篩式清選裝置內(nèi)的氣流場和物料在篩面上的運動進行了數(shù)值模擬與分析，而在風篩式清選裝置中，既有氣流對顆粒運動的影響，也有顆粒對氣流的影響，同時還有顆粒與顆粒之間、顆粒與篩面之間的碰撞，它是一種復(fù)雜的氣固兩相流動，在氣流和顆粒間存在著復(fù)雜的動量交換。因此，本章采用計算流體力學(CFD)和顆粒離散元(DEM喲藕合的方法模擬風篩式清選裝置中物料在篩面上的運動，所使用的軟件分別為FLUENT和E

8、DEM。1) 選取耦合模型，由于Eulerian模型則除了考慮流體相和固相之間的動量交換外，還考慮固體顆粒對流體相的影響。本文選用Eulerian模型來進行仿真。2）建立風篩式清選裝置及顆粒模型3、模擬參數(shù)的設(shè)定4、風力因素對篩分的影響：篩面上部物料的運動分析、籽粒分布、篩分效率5、清選篩結(jié)構(gòu)功能參數(shù)對篩分的影響（此時風力因素是固定量）。該種仿真方法可以借助軟件完全實現(xiàn)仿真工作，從建模到仿真再到分析完全可用軟件實現(xiàn)。第二種方案(1)對物料脫粒分離、清選仿真與控制裝置的上篩面氣流速度進行布點測量，找出篩面氣流場的分布規(guī)律，分析各種風力因素對氣流場分布的影響作用。(2)在上述試驗研究的基礎(chǔ)上，使用

9、MATLAB中的統(tǒng)計學工具，建立風力因素與氣流場分布、氣流場分布與清選效果、風力因素與清選效果三個多元回歸模型，尋求適合油菜物料清選的氣流場分布規(guī)律。(3)使用MATLAB中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具，建立風力因素對清選氣流場的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和清選氣流場對清選效果的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以多輸入多輸出的非線性映射系統(tǒng)來解決問題。(4)使用CDF專業(yè)軟件FLUENT，對清選氣流場進行仿真計算，研究清選室結(jié)構(gòu)與風力因素對清選氣流場的影響。一、實驗方案1、分別對無脫出物的實驗，沿著篩長度方向設(shè)置n個測量點對篩面上的氣流速度進行測定。這n個測量點沿著篩長的方向均勻的布置。用測風速的儀器測量測量點的風速。試驗中風力因

10、素是變量，其它因素是固定量。采用正交試法，進行水平實驗。的出測量點的風速后，用matlab對數(shù)據(jù)進行擬合，得到氣流速度與風力因素的關(guān)系圖。2、 有脫出物試驗時的清選效果測定，有脫出物試驗時，測量氣流速度非常困難，因此只測定每次試驗的清選效果(清潔率和損失率)。每組試驗結(jié)束后，收集篩框下方集糧箱內(nèi)的清選結(jié)果與篩框后部雜余中的籽粒，分別以小臺秤和天平稱重，再計算出清潔率和損失率兩個指標。3、 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的清選氣流場研究1）無脫出物時氣流場的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，風機轉(zhuǎn)速和出風角與n個測點流速組成一個多輸入多輸出系統(tǒng)，現(xiàn)在使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，只需建一個模型，就可以同時對n個測點進行計算求解，有望更好的反

11、映客觀實際。建立一個含單隱層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層神經(jīng)元個數(shù)為m，對應(yīng)風力因素，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為n，對應(yīng)n個測點的氣流速度，隱層神經(jīng)元個數(shù)先設(shè)為h，訓練后不能達標或效果不好再做修改，隱層采用tnasig作為傳遞函數(shù)，輸出層采用puerlni作為傳遞函數(shù)。不斷調(diào)整神經(jīng)元的數(shù)目并進行訓練選取預(yù)測誤差很小，預(yù)測效果很好的一個。2）有脫出物時的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，a風力因素與清選效果之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立一個含單隱層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層神經(jīng)元個數(shù)為m1，對應(yīng)風力因素，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為2，對應(yīng)清潔率和損失率，隱層神經(jīng)元個數(shù)先設(shè)為h1，訓練后不能達標或效果不好再做修改隱層采用tnasig作為傳遞函數(shù)，

12、輸出層采用purelin作為傳遞函數(shù)。使用實驗測得數(shù)據(jù)來訓練此BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓練函數(shù)使用tarinlm，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的性能目標，最大訓練次數(shù)。得到訓練過程中的網(wǎng)絡(luò)性能變化曲線及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測效果(誤差)。b五個測點氣流速度與清選效果之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，過程同上。（應(yīng)用此模型可以，先得出清選效果最好時候的n個點的最佳氣流速度，然后參照最佳氣流速度的到相適應(yīng)的最佳氣力因素）4、flunt進行流體計算的主要步驟(1)用GAMBIT確定幾何形狀，生成計算所需的網(wǎng)格(2)在FLUENT中導入并檢察網(wǎng)格，如有必要可對網(wǎng)格進行修改(3)根據(jù)需要選擇打開FLUENT的求解器:ZD或3D，單精度或雙精度(4)選擇求解的方程:層流或湍流，化學組分或化學反應(yīng)，傳熱模型等(5)確定流體的材料物性(6)確定邊界類型及其他邊界條件(7)確定計算的控制參數(shù)(8)流場初始化(9)求解計算(10)保存結(jié)果，進行后處理等利用FULNET，通過改變出入口條件、幾何模型，就可以獲得相應(yīng)的氣流場，從而為清選室的設(shè)計、清選參數(shù)的確定