基于数值模拟与风洞试验的旋风分离式集沙仪优化设计

摘要：

为了解风蚀风沙运动规律，提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文在Fluent 平台中建立了旋风分离式集沙仪有限元模型，基于RNG k-ε模型和雷诺应力模型对旋风分离式集沙仪进行数值分析，并对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验。通过有限元分析，得到了其内部气相运动规律，观察到集沙仪升气管附近气流强度较大，其内部有“短路流”存在。同时，通过对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行数值模拟，得到结构参数为：筒体直径50 mm；锥体段高度125 mm 的旋风分离式集沙仪集沙盒底部具有较小的湍动能和向上轴向速度，其大小分别为0.99 m2/s2和1.48 m/s。另外，分别对3种不同结构参数旋风分离式集沙仪进行风洞试验，得到了改变筒体直径与锥体段高度引起集沙盒底部湍流强度的改变，从而对集沙效率有一定影响，相比较筒体直径而言，锥体段高度对集沙效率影响更明显；集沙盒底部湍动能和向上轴向速度较小的集沙仪，集沙效率较高，具有良好的分离性能。结合数值模拟和风洞试验确定了集沙盒底部湍动能、向上轴向速度为目标函数，根据目标函数，优化设计了集沙盒直管的长度，确定了集沙盒直管长16 mm的旋风分离式集沙仪可以降低集沙盒底部湍动能和向上轴向速度，理论上可以提高旋风分离式集沙仪集沙效率。该文研究结果可为进一步提高旋风分离式集沙仪性能提供依据。

关键词：有限元分析、优化、效率、旋风分离式集沙仪、风洞试验、目标函数

分类号：S237(农业机械化)

资助基金：内蒙古自然科学基金“播种作业方式对农田土壤风蚀影响的测试及其机理研究”项目2012MS0307

在线出版日期：2015-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：50-56