倾斜气流清选装置中物料的动力学特性_轨迹和分离研究
柱式分选的多流态过程模拟及其流体动力学研究
柱式分选的多流态过程模拟及其流体动力学研究
柱式分选是一种常见的物料分选方法，其分离原理是根据物料颗粒的
大小和密度差异，通过固液两相的运动状态实现分离。
该方法主要应用于
煤炭、矿石、化工、食品等领域的物料分选。
为了更好地掌握柱式分选运行过程，研究者通过数值模拟的方式模拟
了柱式分选的多流态过程，并对其流体动力学特性进行了研究。
模拟结果
表明，柱式分选过程中固相在柱内不断运动，并被分为不同的流态区域，
流态区域之间存在一定的混合和交换，最终分选出来的物料颗粒具有一定
的分布规律。
流体动力学研究发现，柱式分选过程中其液相流动状态呈现搅拌流动
和层流动的混合状态，且在整个柱内存在着不同的压力和速度梯度。
同时，研究者认为，柱式分选的运行效率和分离精度主要取决于柱内液相流体的
运动状态以及颗粒与流体的相互作用力。
综上所述，柱式分选的多流态过程模拟及其流体动力学研究可以为柱
式分选的优化设计、运行参数的优化以及分离效果的提升提供基础理论依据。
风选
等降比越大，越不利于按密度分级。 所以，为了提高分选效率，在风选之前需 要将废物进行窄分级，或经破碎使粒度均 匀后，使其按密度差异进行分选。
（三）风选设Байду номын сангаас 按气流吹入分选设备内的方向不同， 风选设备可分为两种类型：水平气流（卧 式）风选机和上升气流（立式）风选机。
物料是在空气动压力及本身重力作 用下按粒度或密度进行分选的。
谢谢
（二）风力分选原理
在风选过程中应用的风压不超过1MPa，所以， 实际上可以忽略空气的压缩性，而将其现为具有液体 性质的介质。颗粒在水中的沉降规律也同样适用于在 空气中的沉降，但由于空气密度较小，与颗粒密度相 比可忽略不计，故颗粒在空气中的沉降末速V0为：
1、颗粒在空气中的沉降末速
π v0 = d ρs g 6ψρ
风力分选
（一）风选(Wind Separation)定义： 风力分选简称风选，又称气流分选，是以空气 为分选介质，将轻物料从较重物料中分离出来 一种方法。 风选实质上包含两个分离过程：分离出具有低 密度、空气阻力大的轻质部分(提取物)和具有 高密度、空气阻力小的重质部分(排出物)；进 一步将轻颗粒从气流中分离出来。后一分离步 骤常由旋流器完成、与除尘原理相似。
上升气流干涉沉降
颗粒在空气中沉降所受到的阻力远小 于在水中，故常采用上升气流以缩短颗粒 达到沉降末速的时间和距离，颗粒实为干 涉沉降。在干涉条件下，上升气流速度远 小于颗粒的自由沉降末速时，颗粒群就呈 悬浮状态。
为了使物料在分选机内达到较好的分选效果， 就要让气流在分选筒内产生湍流和剪切力，从而 把物料团块进行分散。为此风力分选常常和其他 分选手段结合在一个设备中。
当水平气流速度u 一定，颗粒粒度d相同时， 密度ρs大的颗粒沿与水平 夹角较大方向运动;密度 ρs较小的颗粒则沿夹角较 小的方向运动，从而达到 按密度差异分选的目的。
空气斜槽
斜槽工作原理及堵料原因一、空气输送斜槽简介1、空气输送斜槽（以下简称斜槽）是一种广泛的应用于输送干燥粉状物料的气力输送设备，在水泥工业中常用于输送水泥和生料粉。
斜槽是由若干个普通中钢板制成的槽子与其它附件用螺栓连接而成。
槽子上、下壳体之间夹有透气层，斜槽整体与水平倾斜一定角度。
透气层上面为料室，下面为气室，当具有一定压力的气体吹入气室后，经透气层使物料流态化，因而物料在重力作用下象流体一样在槽体内流动，通常用通风机作为风源。
料室内多余的空气经斜槽的排气口由除尘器抽走。
斜槽在输送物料中没有转动部件，易于维护，密封性好，无噪音，操作安全可靠，耗电少，改变输送方向方便，并能多点喂料和多点卸料。
斜槽主要构件是透气层，本系列设计中采用的柔性厚型(6mm)板式合成纤维织物,是一种新型透气层。
它具有耐高温(可达150℃)、耐腐蚀、耐磨损、吸湿性低、重量轻、表面平正、使用寿命长等特点。
透气层无需现场安装，每节槽体由制造厂组装后，现场对接起来即可，这样既减少了安装工作量，又保证了质量。
2、性能2.1输送物料：含水量≤1%，温度≤150℃的干燥粉状物料。
2.2输送能力输送水泥及生料成品时的输送能力如表一所列：2.3倾角： 4°6°8°10°12°对不同的物料应选取不同的倾角；对于同一种的物料，当水分较大时应选取大的倾角。
一般说当布置条件允许时，采用较大倾角是有利于输送的。
表一2.4空气消耗量在透气层有效面积（斜槽宽度b与输送长度L之积）确定后，空气消耗量主要取决于空气空过透气层的速度，此速度用空气下透气层面积之比V表示，斜槽耗气量为：Q=60.V.b.L m3/h在本系列中取V=1.5－2m3/m2.minb－斜槽宽度 mL－输送长度m耗气量应随物料的种类、粒度、料层厚度及斜槽的倾角而定，当斜槽的倾角小时，取偏大值，反之则取小值。
该值不应任意减小或增大，因为当供风量过低时，则不能正常输送，甚至停止输送造成堵塞，过高则物料处于沸腾状态，造成输送能力下降及风机选型不合理，增大了收尘系统的负荷，本系列设计的斜槽耗气量不应超过上述公式计算值。
脱粒后油菜物理参数的测定分析
注入量筒 １中， 至量筒 １的示数为 １ ０ ｍ Ｌ为止 ， 这时读 取量筒 ２中剩余水 的体积 ， 此即５ ｇ油菜 籽样品 的体 ｍ
８ ８
积。重复 ７组实验 ， 求其 平均值 ， 结果 ５ ｇ 油菜 籽样 品 的平均体积为 ３ ． ９ ｍ Ｌ （ 见表 ４ ） 。
项目
取５ ｇ 的油菜籽样 品放人量
表 ４ 油 菜 籽 体 积 分 析 结 果
∞ ９ ９ ∞
ｍ Ｌ
第 １ 组 第 ２组 第 ３组 第 ４组 第 ５组 第 ６组 第 ７组 最 大值 最小值 平均值 标准差
∞ ｍ ８ ８
４ ． ４ 油菜籽形态及模型模拟
在对油菜籽混合物 筛
／ 、
－
［ ２ ］胡健华 ， 韦一 良． 油菜籽现行 加工 工艺 的分 析 ［ Ｊ ］ ． 武汉 工业 学院学报 ， ２ ０ ０ ２ （ ４ ） ： ５ — ６ ．
ｌ
。
［ ３ ］王守忠 ， 郝 巧玲． 我 国油菜联 合收 获机 械现状 与展 望 ［ Ｊ ］ ． 农
业 机械 ， ２ ｏ ０ ８ （ １ ４） ： ４ ８—５ ０ ．
ｍ ８
油菜籽密度 的计算公式为 ： Ｐ＝ ｍ ／ ｖ 。式 中： ｍ为 品的体 积 ； ｐ为油菜籽 的密度。由此式计算可得 ， 南农 油一号油 菜籽 的密 度 ｍ ２ ２
为１ ２ ８ ２ ｋ ｇ ／ ｍ 。
水量 （ ％） ＝（ 含水质量／ 总质量 ）× １ ０ ０ ％计 算可得 ， 油 菜籽样品的平均含水量为 １ １ ． ９ ６ ％。 ４ ． ３ 成熟油菜籽的密度
［ ４ ］于建群 ， 申燕 芳 ， 牛序 堂 ， 等． 组合 内窝 孔精 密排 种器 清种 过
／
基于平衡轨道模型和CFD的旋风分离器除尘特性分析
机械 2011年第11期 总第38卷 设计与研究 ·9·———————————————收稿日期：2011－02－26基金项目：江苏省自然科学基金项目（BK2008576） 基于平衡轨道模型和CFD 的 旋风分离器除尘特性分析李成林1，王琪1,2，吴中连2，单烈2（1.江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212003；2.江苏悦达专用车有限公司，江苏 盐城 224002） 摘要：运用平衡轨道模型（Barth 模型）和计算流体力学仿真分析技术（CFD ），对全吸式干湿两用扫路车用旋风分离器的除尘性能进行了理论计算和仿真分析。
主要从旋风分离器的除尘效率方面，对其初始设计方案进行了评价。
通过相关的理论模型计算，得到了该型旋风分离器的分级效率曲线。
通过数值仿真分析，得到了不同粒径的颗粒在旋风分离器内部的停留时间。
最后将模型计算和仿真分析的结果进行了对比验证。
同时，也为该型旋风分离器下一步的实际应用提供了理论依据。
关键词：旋风分离器；平衡轨道模型；CFD ；除尘效率；切割粒径中图分类号：U418.6+1 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2011) 11－0009－05Analyzing of dust removal characteristics for the cyclone separator based on the equilibriumorbit model and CFDLI Cheng-lin 1，WANG Qi 1,2，WU Zhong-lian 2，SHAN Lie 2( 1.School of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003,China; 2.Jiangsu Yueda Special Vehicle Co., Ltd., Yancheng 224002, China )Abstract ：We are using the equilibrium orbit model ( Barth model) and the computational fluid dynamics (CFD) technology to calculate and simulate dust removal performance of the cyclone separator in wet and dry suctions sweep road car. From the dust removal efficiency, initial design scheme is evaluated. Through the calculation, we get the grade efficiency curve of the cyclone separator. Through the simulation, we get the particle residence time of different size. At last, we compare the results of computing and simulation.the results provide the theoretical basis for next application.Key words ：cyclone separator ；equilibrium orbit model ；CFD ；dust removal efficiency ；cutting size颗粒污染物是城市大气污染的首要污染物，其中交通扬尘对颗粒物浓度的影响最大。
基于dem-cfd耦合的谷物多级风选模拟研究
Vol. 40 No. 10Oct. 2019第40卷第10期2019年10月中国农机化学报Journal of Chinese Agricultural MechanizationDOI ： 10. 13733/j. jcam. issn. 2095-5553. 2019. 10. 17基于DEM-CFD 耦合的谷物多级风选模拟研究郭柄江，马学东，赵磊，于海川(辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山,114051)摘要：为提高谷物风选效率，强化谷物风选效果，得到最佳风选参数，设计一款多级风选装置，采用离散单元法(DEM)与 计算流体力学(CFD)耦合的方法，对多级风选过程进行仿真，并引入谷粒体积浓度来量化风选结果，讨论风速和吹风倾角对谷粒体积浓度的影响。
结果表明，经过多级风选之后，谷粒体积浓度可达97. 18%,相对初始混合状态而言，提髙50.97%,并测得谷粒损失率为4.72%。
风速和吹风倾角对风选结果有很大影响，风速为8 m/s,吹风倾角为0°时，可以得到较高的谷粒体积浓度，同时有较小的损失率。
关键词：谷物分离；多级分选;DEM-CFD 耦合中图分类号：S23文献标识码：A 文章编号:2095-5553 (2019) 10-0096-07郭柄江，马学东，赵磊，于海川.基于DEM-CFD 耦合的谷物多级风选模拟研究[J].中国农机化学报，2019, 40(10)：96-102Guo Bingjiang, Ma Xuedong , Zhao Lei, Yu Haichuan. Simulation research of grain multi-stage wind selection based onDEM-CFD coupling [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2019, 40(10) : 96 —1020引言谷物分级、筛分、清选是农业生产中重要的操作过 程，谷物分级所用设备为簸箕，筛分主要靠各类振动筛 实现，而清选装置一般有两种，包括风选装置和风筛装置风选装置是根据谷粒与茎秆的质量差来完成 工作，而风筛装置是靠吹风与振动筛相结合达到清选目的**口。
五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第8期·2910·化 工 进展五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学崔兴凯1，赵雪冰1，2，刘德华1，2（1清华大学化学工程系，北京 100084；2东莞深圳清华大学研究院创新中心，广东 东莞 523808） 摘要：木质素是自然界中最丰富的芳香类化合物，也是制浆造纸和木质纤维素生物炼制过程的主要副产物。
热解是将木质素资源化、能源化利用的一个有效途径。
但由于分离方法不同，所得的木质素产品具有不同的热解特性。
本文通过有机酸处理、碱处理和氧化处理从甘蔗渣中分离得到5种木质素，即乙酸木质素（AAL ）、Acetosolv 木质素（AsL ）、Milox 木质素（ML ）、过氧乙酸木质素（PAAL ）和碱木质素（AL ）。
采用差示扫描量热（DSC ）和热重分析（TGA ）对5种木质素的热解性质进行了研究。
发现5种木质素的热解过程均可分为水分脱除、玻璃化转变、热解和缓慢结焦4个阶段。
采用非等温的Coats-Redfern 积分法对热重数据进行动力学拟合。
结果表明，PAAL 在200～700℃范围内的热解为二级动力学反应，另外4种木质素则在250～700℃范围内为二级动力学反应。
5种木质素的热解表观活化能分别为AAL 33.33kJ/mol 、AsL 36.36kJ/mol 、ML 31.10kJ/mol 、PAAL 24.74kJ/mol 以及AL 36.93 kJ/mol 。
关键词：甘蔗渣；分离木质素；热解；动力学；分子量中图分类号：O636.2；TQ351 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）08–2910–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0002Pyrolysis characteristics and kinetics of five isolated lignins fromsugarcane bagasseCUI Xingkai 1，ZHAO Xuebing 1，2，LIU Dehua 1，2（1Department of Chemical Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ； 2 Tsinghua Innovation Centerin Dongguan ，Dongguan 523808，Guangdong ，China ）Abstract ：Lignin is the most abundant natural aromatic polymer on earth. It is also a major byproduct of pulp and papermaking industry and lignocellulose biorefinery. Pyrolysis is one of the most promising ways to utilize lignin for production of fuels and chemicals. However ，the pyrolysis characteristics of lignin products are greatly dependent on the isolation methods. In present work ，five lignin products were isolated from sugarcane bagasse by organic acid ，alkaline ，and oxidative pretreatments ，respectively ，namely acetic acid lignin （AAL ），acetosolve lignin （AsL ），milox lignin （ML ），peracetic acid lignin （PAAL ）and alkaline lignin （AL ）. The pyrolysis of these isolated lignins was investigated using differential scanning calorimetry （DSC ）and thermogravimetric analysis （TGA ）. As indicated by TGA ，all of the lignin products showed four stages of weight losses ，namely water removal ，glass transition ，pyrolysis to small molecules and slow coking. The pyrolysis kinetics was analyzed by Coats-Redfern method. The results indicated that the pyrolysis process could be described as a second-order reaction in temperature range of 200—700℃ for PAAL ，and 200―700℃ for the other four lignins. The activation energies were determined as 33.33kJ/mol ，36.36kJ/mol ，31.10kJ/mol ，维素基生物源。
稻谷的制米工艺
稻谷制米工艺技术第一节稻谷的清理一、稻谷清理的目的与要求1目的：稻谷在生长、收割、贮藏和运输过程中，都有可能混入各种杂质。
在加工过程中，如果不先将这种杂质清除，不仅会混入成品，降低产品的纯度，影响成品大米的质量；而且在加工过程中，还会影响设备的工作效率；损坏机器；污染车间的环境卫生，危害人体的健康；严重的甚至酿成设备事故和火灾危险。
因此，清除粮食中的杂质，是稻谷加工过程中的一项首要任务。
2要求：在清理稻谷中的杂质时，第一要根据稻谷中的含杂种类和含杂量，合理的选用除杂设备，以充分发挥设备的除杂效率；第二，要根据各种杂质的物理特性，本着先易后难的原则，加以清除；第三，清除的杂质要分别归类，以便集中处理；第四，稻谷经过清理后（即净谷），其含量应符合下列要求：含杂总量不应超过0.6%，其中含砂石粒数不应超过1粒/千克；含稗粒数不应超过130粒/千克。
二、稻谷的含杂种类●稻谷杂质按其化学性质可分为：1无机杂质：泥土、砂石、砖瓦块、并肩石（其形状大小与稻谷相仿）及其它无机物质。
2有机杂质：无食用价值的稻谷粒、黄粒米（胚乳呈黄色）、稗子（形状近似半球形,断面呈三角形）、异种粮粒及其它有机物质(虫尸、虫蛹、虫卵、稻草等)。
●按其粒度大小可分大、中、小型杂质和并肩石杂质。
⏹大杂是留存在直径为5mm圆孔筛上的杂质⏹中杂是留存在直径为2mm圆孔筛上的杂质⏹小杂是通过直径为2mm圆孔筛上的杂质●按其比重不同可分为轻型杂质、重型杂质⏹轻型杂质：如绳头、布片、秸杆、杂草、纸屑），⏹重型杂质：如石块、金属等以及细小杂质（泥砂、尘土）在这些杂质中，以稗子和粒状、大小与稻谷相似的“并肩石”、“并肩泥”最难清除。
三、清除的基本方法及机理清理杂质的方法很多，主要是借助杂质与稻谷的物理性质的不同进行分选。
（一）风选法：1、机理：风选是根据稻谷与杂质在悬浮速度等空气动力学性质方面的差异，利用一定形式的气流使杂质与谷粒分离。
（表1-6）表1-6 稻谷、糙米及有关物料的县浮速度2、种类：按气流运动方向不同可分为垂直气流风选法`倾斜气流风选法和水平气流风选法。
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第17卷第6期2001年11月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVol.17 No.6Nov. 2001
文章编号:100226819(2001)0620022204
倾斜气流清选装置中物料的动力学特性、轨迹和分离研究
李 革,赵 匀,俞高红(浙江大学)
摘 要:通过研究物料在倾斜气流中的动力学,建立了相对精确的动力学模型,应用数值计算方法计算出倾斜气流清粮室内的物料运动轨迹和气流速度、物料速度单因素变化的关系曲线,提出了在实际工况中如何调整参数以使清选装置达到最佳清选状态。关键词:物料清选;气流分离;空气动力学中图分类号:S226.52+ 文献标识码:A
收稿日期:2001201205 修订日期:2001208221
作者简介:李革,博士生,杭州市华家池 浙江大学农业工程与食品学院,310029
气流分离装置是一种结构简单,故障率低的物料清选方式,装置内的物料在倾斜气流作用下,谷物和各种混杂物由于其运动轨迹不同而被分离。研究物料运动传统分析受到计算条件限制,采用了将模型近似处理的方法计算物料的运动轨迹。本文建立了相对精确的动力学方程,并应用数值计算方法在VB平台上编制了物料运动轨迹和落点位置,以及气流速度、方向和物料的速度、方向的相关程序。在倾斜气流清选装置中,清选效果取决于气流速度、气流角度、物料进入倾斜气流的方向和速度以及清选装置的尺寸。根据物料动力学方程和数值计算,确定了理论清选最佳参数,通过对单因素变化分析,提出了在实际工况中可能出现的偏差,以及如何调整参数使倾斜气流清粮室达到最佳清粮状态。在VB平台上以图形显示,为人机对话优化和调整参数创造了条件。1 倾斜气流中物料的动力学方程将谷物及混杂物作为在倾斜气流作用下的质点,建立动力学方程。为了消去质量m和简化积分运算,在方程中列入物料悬浮速度VL,以取代漂浮系数。以物料进入倾斜气流点作为坐标原点,铅垂方向为x,水平方向为y,气流与水平方向夹角为Β,速度为u,物料的初始速度为V0,与铅垂方向夹角为Α,物料的漂浮速度为VL,绝对速度V,把u看作空气对物料的牵连速度(图1),则物料相对运动速度为v=V-u(1)
图1 物料在倾斜气流中的受力分析Fig.1 Theforcesofmaterialinslopingairflow
当气流垂直向上,物料悬浮于空中,气流对物料作用力与重力平衡,F=KmV
2L=mg,K=gV2
L。
气流对物料的作用力:F=-
mg
V2L
vv,与v方向
相反,建立平面矢量形式动力学微分方程-mgV2Lvv+mg=mdVdt(2)转换成角度形式微分方程-gV2Lvvx+g=dV
x
dt
-gV2Lvvy=dV
y
dt
(3)
其中:
vx=Vx-ucosΒ+Π2=Vx+usinΒ
vy=Vy-usinΒ+Π2=Vy+ucosΒ代入方程组(3),得到
22f1(Vx,Vy)=dVxdt=-gV2L(Vx+usinΒ)2+(Vy-ucosΒ)2(Vx+usinΒ)+g
f2(Vx,Vy)=dVydt=-gV2L(Vx+usinΒ)2+(Vy-ucosΒ)2(Vy-ucosΒ)(4)物料初始速度Vx0=V0cos(2Π-Α0)=V0cosΑ0
Vy0=V0sin(2Π-Α0)=-V0sinΑ0
2 质点速度和位移
1)求各点速度
微分方程组(4)只能用数值方法求其原函数。以时间∃t为步长,设Vxi,Vyi为∃t时间的初始速度二维分量,求出∃t时间后的速度
V～xi+1=Vxi+∃tf1(Vxi,Vyi
)
V～yi+1=Vyi+∃tf2(Vxi,Vyi
)
(5)
V～xi+1,V～yi+1为∃t时间速度近似值,其精确度不高,相当于以初始加速度为高,∃t时间为宽的矩形面积,为了提高其精度,对方程组(5)进行修正Vxi+1=Vxi+∃t2(f1(Vxi,Vyi)+f1(V～xi+1,V～yi+1))
Vyi+1=Vyi+∃t2(f2(Vxi,Vyi)+f2(V～xi+1,V～yi+1))
(6)方程组(6)虽然是近似值,但相当于积分后以初始加速度和∃t时间后的加速度作为上底和下底的梯形面积,精度比V
～xi+1,V～
yi+1提高了一个等级。
2)求各点的位移
在微小的∃t时间内,其速度可看作初始速度和终结速度的平均值,物料的位移量为∃xi=(Vx-1+V
x)∃
t
2
∃yi=(Vy-1+V
y)∃
t
2
(7)
物料的位移xi+1=x1+∃x1
yi+1=y1+∃y1
(8)
xi+1为物料离开进料口的铅垂高度,yi+1
为物
料离开进料口的水平长度,改变气流速度u和物料初始速度Vn,可以得到不同物料的不同系列轨迹。
3 清粮室参数的优化分析假设谷物混杂物中包含有小石头、饱满谷粒、不成熟谷粒和短茎秆,它们的悬浮速度分别依次为24、10、6.5、3(ms)
。倾斜气流清粮室的高度为
0.3
m,长度为1m。以物料初始速度和倾斜气流速度为变量,在VB平台上编制了程序进行优化分析。优化
目标是:使短茎秆轨迹从清粮室右侧中上部穿过;
小石头落点在清粮室底部左端;饱满谷粒落点在距清粮室底部左端0.3m左右的位置;不成熟谷粒的落点在距清粮室底部左端0.7m左右的位置上。图2是优化结果,此时物料初始速度为2ms
、角度
10°,倾斜气流速度为21.5ms、角度0。
图2 优化的物料轨迹Fig.2 Theoptimumlocioffourmaterials以图2各物料落点作为标准,优化得到的物料初始速度的大小、方向和气流速度的大小、方向中的3个参数作为定值,一个参数作为变量,计算各物料落点相对于标准的偏移。落点变化时,各物料相对目标中心的偏移是向左为负,向右为正;而对短茎秆向下偏移为负,向上为正。物料初始速度大小、方向和气流速度大小、方向对物料落点的影响如图3所示。由图3b可知,改变物料初始速度方向对小石头落点变化最为显著,对饱满谷粒的落点也较显著,对不成熟谷粒则不太显著,特别当角度大于10°时,饱满谷粒和不成熟谷粒两落点之间的距离在加大,而对短茎秆的轨迹变化影响较小。因而初始速度方向的改变,特别是大于10°时,可以使粮食的分级效果显著。由图3a、3c、3d可知,不成熟谷粒受物料的初始速度大小和气流的速度大小、方向影响较显著;图3d可知,改变气流速度方向,对饱满谷粒落点影响较小,而对短茎秆轨迹影响较大。在一定范围内,气流方向角减小,会引起短茎秆向下偏移较大,清洁度降低;方向角增大,损失率会相应增大。如果未成熟谷粒的损失较大,则可以增大物料初始速度,使未成熟谷粒落点大大左移,损失减少,而短茎秆下移很小(图3a)。
以上分析可以看出:在实际工况中,当清选效果不理想时,人们可以调整某个或几个参数,得到最佳实际清粮效果。考虑到大量物料进入清粮室,气流动压头降低,与理论优化结果会产生差异,因此气流速
32 第6期李 革等:倾斜气流清选装置中物料的动力学特性、轨迹和分离研究度应相应提高。以上分析对气流清选装置参数的设计和调整具有参考作用。图3 物料初始速度和气流速度对物料落点的影响Fig.3 Effectsoftheinitialvelocityofmaterialsandtheairflowvelocityonthefallpointofthematerials
4 结 论在全喂入联合收获机中,气流清选是保证清选质量的主要工艺环节。根据以上理论分析,在气流中物料各成分有自己的运动轨迹,只要气流参数选择合适,短茎秆和颖壳等应该被吹出机外。但实际上,在收获的粮食中,却含有较多的短茎秆等轻杂物。我们在杭州萧山对全喂入联合收获机的气流清选部分进行了测试:用金属网格将风机出口横向分为6个格,上下分为4个格,总共分成24个区域。测试结果是中间流速高、两边低,下高上低,最高流速是最低流速的5.09倍。由图3的c、d理论分析曲线和实测结果表明,气流速度大小、方向对不成熟谷粒和短茎秆轨迹影响较大,低速气流势必造成短茎秆的轨迹落点向下偏移,容易落入机内,太高的流速使得谷粒的轨迹落点右移,并吹出机外。可见,气流速度是影响清洁率和清粮损失的主要原因。建议调整气流的速度,尤其是清粮风道横截面的气流速度的均匀性,最好以贯流风机取代离心风机,贯流风机出口气流左右均匀性较好。在田间作业中,清选装置的负荷往往是变化的,从而引起气流的动压头较大的变化,由图3c可以看出,气流速度变化对谷粒的落点影响较大,而任意增大气流速度又会使谷粒飞出机外,造成落粒损失。因此建议设置风量自动调节机构,由喂入量传感器控制,以获得最佳气流的组合。以上模型的计算和分析,在精度和参数优化方面较以往的有了较多改进,把气流、物料的运动及其关系在VB平台上以图形显示,可以方便地模拟物料在气流场中的运动状态,并根据实际情况优化和调整气流清选装置的参数。
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42农业工程学报2001年