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基于流化原理的气吹供种装置的设计与流场仿真

来源:原创论文网 添加时间:2014-02-13
  摘 要: 设计了基于固体流态化原理的气吹供种装置,并应用 CFD 软件 Fluent 对种子流化室进行流场仿真,分析了供种装置流化室内距离布风板不同高度 H 的参考横截面和出口处流场的分布。结果表明: 气流流场的不均匀性随距离布风板高度 H 的增加而减小; 同时,由于壁面摩擦阻力的存在,近壁附近区域气体流速最小。仿真分析可为气力供种装置的优化提供理论支持。
  关键词: 气力供种装置; 流态化 ; 流场仿真; 流场分布

  供种装置是盘吸式穴盘育苗播种器的核心部件。常见的供种装置一般采用振动种盘的方法使种子在种盘内能够近似处于一种相互分离的“沸腾”状态。对于如非丸粒化的辣椒种子这类尺寸小、外形不规整、流动性差的蔬菜种子育苗播种时,由于振动力不连续,难以保证播种器在取种瞬间种子处于相对稳定的吸附空间位置;并且“沸腾”时种子分布不均匀,这些因素对定量取种有显著的影响。基于流化原理的气力供种是使种子颗粒体层通过与运动的气体接触而转变成类似流体的状态,从而使种子相互分离。即在直立的种箱内加入种子,控制气流间歇或连续地以一定速度由底部通入,使其压力降等于或略大于单位截面上种子颗粒的质量,种子颗粒即呈悬浮状运动而不致被流体带走,种子有效分离并且有明显的上界面。因此,基于流化原理的气力供种装置通过调节进气口的气流速度,能够使种子稳定在最佳的吸种位置。以方形128穴规格穴盘为参考,采用整盘直接吸种的方式,设计气力供种装置。种子流化室的横截面为矩形,为满足整盘直接吸种要求,其横截面应大于或等于方形128穴规格穴盘的横截面,取流化室矩形横截面的长为550mm,宽为300mm;种子流化后体积膨胀,流化室需有一定高度满足由体积膨胀引起的上界面上升,取流化室高度为200mm。吸种盘吸种时,为防止因局部气流增大致使种子溢出,设计增加扩口,扩口高为10mm,开口角度为60°。流化床的入口结构对流化室内流场分布的均匀性有重要影响。采用良好的气体入口结构是改善流化床具有稳定流态化状态的重要途径之一,合理设计进气口结构可提高种子流化室内流场的均匀性。
  气体经孔口向周围气体空间喷射形成气体射流,射流的结构是以射流出口断面为起点向外扩散的锥体。过渡气室设计为倒锥形,过渡气室高200mm。由于流化室横截面面积较大,为提高流化室内流场的均匀性,采用多个过渡气室。各过渡气室结构相同,将流化室均匀等分,取过渡气室的个数为5个为宜。为与供气装置旋风泵气体出口配合,减小气体压力损失,气力供种装置进气口选用圆形进气孔,直径为?50mm。为减小同一过渡室进气口气体之间的干涉,取过渡气室上进气口个数为4个。介绍了基于流化理论的气力供种装置的结构以及工作原理。应用计算流体力学软件Fluent,对气力供种装置流场进行仿真。结果显示,随着气流流动高度的增加,气流得到充分发展,流场的不均匀度减小。
  由于壁面阻力的影响,近壁区域气流流速较中心区域低,为保证吸种率,应增大种子流化室的几何尺寸,使吸种盘处于速度分布的主要区域内。
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