原粮风选机气固两相流数值模拟的研究

摘要

近些年来，我国粮食作物的总产量不断增长，粮食作物收获的机械化水平逐年提高，原粮中杂质的含量也越来越高。随着粮食加工行业的持续快速发展，原粮的清理除杂已成为限制其发展的一大瓶颈。目前，用于原粮初清的设备，除杂效果不好并且效率低，在以上的实际应用背景下，研究专门用于原粮初清的风选设备显得很重要。
　　本文采用计算流体动力学CFD方法，运用FLUENT软件对市场上主流的原粮风选机进行了数值模拟。具体研究内容如下:
　　首先，全面考察原粮风选机内部的气相流场。气相流场模拟是接下来两相流模拟的前提，分析了风选机内部气流的速度分布、压力分布以及流场的湍流结构，包括流场的湍流强度、湍动能及湍动能耗散率分布。
　　其次，采用单因素法分析了气流方向、气流出口位置等结构参数对气相流场的影响，在此基础上对原粮风选机进行了结构优化，再次模拟，并进行了比较，模拟结果表明，改进后的风选机，其流场的速度、压力分布以及湍流结构较改进前的更为合理。
　　最后，对原粮风选机内部的气固两相流进行了模拟分析。采用DPM模型的方法对风选机内部的原粮颗粒进行了模拟，得到了原粮颗粒在流场中的运动轨迹。
　　本文对原粮风选机数值模拟的研究，对于原粮风选机设计及结构优化具有参考价值，具有相当重要的现实和工程意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 原粮风选设备的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 风选技术的研究现状

1．3．1 不同领域风选机械的研究

1．3．2 风选技术的研究现状

1．3．3 颗粒空气动力学描述方法

1．4 风选设备的一般结构

1．5 本文研究的主要内容及方法

1．5．1 研究的主要内容

1．5．2 研究方法

第2章 原粮颗粒的空气动力学特性描述

2．1 引言

2．2 风选原理

2．2．1 垂直气流风选

2．2．2 水平气流风选

2．2．3 倾斜气流风选

2．3 原粮颗粒与当量球形颗粒转换

2．4 原粮颗粒在风选室中运动轨迹方程

2．5 风选作业时单颗粒原粮与颗粒群的关系

2．6 本章小结

第3章 原粮风选机气相流场的数值模拟

3．1 引言

3．2 风选机中气相数值计算方法

3．2．1 湍流的数值模拟方法

3．2．2 湍流基本方程

3．2．3 湍流模型

3．3 气相流场数值模拟的技术路线

3．4 流体分析模型的建立

3．4．1 网格划分

3．4．2 定义材料

3．4．3 设置边界条件

3．5 气相流场的模拟结果与分析

3．5．1 流动迹线

3．5．2 流场的速度分布

3．5．3 流场的压力分布

3．5．4 流场湍流分析与研究

3．6 本章小结

第4章 风选参数对气相流场的影响

4．1 引言

4．2 气流方向与风选效果的理论探讨

4．2．1 物料颗粒的运动

4．2．2 风选效果

4．2．3 风选室最佳气流倾斜角

4．3 CFD方法分析气流方向对气相流场的影响

4．4 气流入口形状对气相流场的影响

4．5 气流出口位置对其影响

4．6 改进后气相流场的模拟结果与分析

4．7 本章小结

第5章 基于DPM模型的原粮风选模拟

5．1 引言

5．2 气固两相流模型

5．2．1 无滑移单流体模型

5．2．2 双流体模型

5．2．3 VOF模型

5．2．4 颗粒轨道模型

5．3 离散相模型求解的技术路线

5．4 湍流中的颗粒处理方法

5．5 两相边界条件

5．6 小麦颗粒轨迹的跟踪

5．6．1 小麦颗粒在水平方向上运动距离的数学验算

5．6．2 单颗小麦颗粒轨迹的跟踪

5．6．3 小麦颗粒群轨迹的跟踪

5．7 稻谷和玉米颗粒轨迹的跟踪

5．8 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢