气吹式小粒种子精量排种器气室仿真胡靖明

2. 2. 1 模型建立和导入
应用 SOLIDWOＲKS 建 立 的 气 室 模 型，输 出 为
定义进气口端面为输入端面，做进气口 Inlet，定 义型孔面及平衡气孔面为输出端面，做排气口 Outlet1 和 Outlet2（ 型孔） ，其余定义为壁面。 2. 2. 3 设置求解方法
气 吹 排 种 过 程 为 定 常 流 动 过 程 且 时 间 较 长 ，所 以采用一般数值计算来模拟计算该过程。为更加 符 合 流 动 的 真 实 条 件，将 空 气 假 设 为 均 匀 理 想 气 体 ，从 排 种 气 室 进 气 口 将 气 体 吹 入 气 室 ，再 由 平 衡 气孔（ 分别分析有平衡气孔和无平衡气孔） 和排种 型口排出气体，通过 FLUENT 软件来实现流场的数 值模拟。
第 44 卷
图 4 计算域多面体网格
设置边界条件，输入与输出均定义为 opening 边 界，边界输入压力为 500 Pa、输出压力为 0 Pa。 2. 2. 4 计算结果及分析
对上述数据 设 置 进 行 求 解，得 到 气 室 模 型 内 气 体三维流线图如图 5 所示，对比两模型中的三维流 线，可以看出 气 室 有 平 衡 气 孔 时 气 室 内 气 体 流 动 比 较平稳且有 规 律，没 有 平 衡 气 孔 时 气 室 内 气 体 流 动 比较紊乱，没有规律。
当进气口气压为 500 Pa 时，由气室模型气体等 压力面图可 以 看 出，两 个 排 种 型 口 出 口 的 压 力 范 围 为 800 ～ 1 100 Pa。
图 6 气体等压力面图
3 结论
（ 1） 建立了一种气吹式小粒种子精量排种器气 室模型，通过仿真气吹充种，可实现精量排种； 通过 气流压力卸种，可有效防止型孔堵塞。
类排种器在取种和落种过程中会因种子相互挤压而 堵塞型孔，造成漏播缺苗断垄现象［3］； 由于气力式排 种器具有不伤种子、整机通用性好、作业速度高等优 点，在精量 播 种 机 上 得 到 了 广 泛 应 用［4］。 廖 庆 喜 等 对气力式油 菜 精 量 排 种 器 流 场 进 排种器气室的建立
排种器气室 是 接 近 圆 管 形 的 不 规 则 体，为 了 方 便 ANSYS 建模和计算分析，将排种器气室简化为内 径 30 mm、长度 50 mm 的圆筒，吹气口也简化为内径 10 mm、长度 10 mm 的圆管，型孔简化为直径 3 mm 的圆孔，平衡气孔简化为直径 2 mm 的圆孔，简化后 的气室结构示意图如图 1 所示。
王朝辉对气吸滚筒式精量播种机进行了仿真与试验 研究［6 － 7］； 赵湛对气吸振动式精量排种器进行了理 论及试验研究［8］。相关学者对气吸式排种流场分析 研究较多［9 － 13］，而对气压式排种器的流场分析研究 较少。
为了模拟油菜等小粒种子吹气式精量排种的气 室流场，设计 了 一 种 用 于 流 场 分 析 的 排 种 器 气 室 模 型仿真气吹式小粒种子精量排种器，并采用 ANSYS / CFX 对排种器的气室压力分布进行仿真分析； 以排 种器气室为 研 究 对 象，验 证 平 衡 气 孔 对 排 种 器 排 种 的影响和重要性。通过内充种实现单粒取种和气压 吹送卸种，可以有效地防止型孔堵塞。
图 5 气体三维流线图
绘制的气体等压力面图如图 6 所示。从图 6 可 以看出有平 衡 气 孔 的 模 型 内 压 力 场 比 较 稳 定，等 压 面稳定； 没有平衡气孔的模型内压力场杂乱没有规 律，等压面不稳定。仿真结果表明，平衡气孔对排种 器气室整体 压 力 有 一 定 的 影 响，排 种 器 有 平 衡 气 孔 对排种器排种比较有利。
关键词： 小粒种子； 精量排种器； 气吹式； 仿真 中图分类号： S776. 22 文献标识码： A 文章编号： 2095 － 2953（ 2016） 07 － 0012 － 03
DOI:10.13279/ki.fmwe.2016.0065
Simulation of Air － blow Precision Metering Device for Small Seeds
（ 2） 采 用 ANSYS / CFX / FLUENT 对 排 种 器 气 室 进行仿真研究，结果表明，设置有平衡气孔的气室比 未设置平衡 气 孔 的 气 室，更 有 利 于 降 低 气 室 内 气 流 压力波动，使气室压力分布更加稳定。
参考文献：
［1］ 康凯，贾富国，姜雪松． 联合整地机牵引机架的有限元分析［J］． 森林工程，2014，30（ 4） ： 113 － 116．
精量播种是 提 高 油 菜、糜 谷 等 小 粒 径 作 物 机 械 化生产效率 和 经 济 效 益 的 关 键 技 术 环 节，精 量 排 种 器作为播种 机 的 核 心 部 件，其 性 能 优 劣 将 直 接 决 定 播种机的作业质量［1 － 2］。传统的机械式排种器是通 过型孔将种 子 从 种 箱 中 分 离 出 来，运 动 至 落 种 口 时 再靠种子自重进行卸种。由于排种器为机械结构， 以及种子粒径小、质量轻和尺寸变化等原因，使得这
图 2 气室导入 ANSYS 模型
2. 2. 2 网格划分
图 1 气室结构示意图
1． 平衡气孔； 2． 进气孔； 3． 型孔
2 排种器气室的流场仿真
2. 1 假设及条件 为便于仿真分析，对模型做以下假设： ①保持进
气口压力均匀； ②气室内气体为不可压缩气体； ③气 室内密闭，不漏气； ④气室内温度恒定为 20 ℃ 。
［5］ 廖庆喜，杨波，李旭，等． 内充气吹式油菜精量排种器气室流场 仿真与试验［J］． 农业机械学报，2012，43（ 4） ： 51 － 54．
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［7］ 苗振坤，刘明刚． 气吸式林木穴盘播种机结构研究与设计［J］． 林业机械与木工设备，2013，41（ 7） ： 17 － 19．
采用 ANSYS / CFX / FLUENT 进行仿真分析时的 相 关 参 数 为： 进 气 口 压 力 500 Pa，流 体 密 度 1. 205 kg / m3 ，流体黏度 1. 83 × 10 － 5 Pa·s，平衡气孔 及型孔处压力均为 0 Pa。
2. 2 仿真和分析 以排种器气 室 为 研 究 对 象，分 析 平 衡 气 孔 对 排
x － t数据文件，通过 ANSYS － WOＲKBENCH 软件的 Geometry 组件导入 ANSYS。气室导入 ANSYS 模型 如图 2 所示。
本文仅 分 析 气 体 在 管 内 的 流 动 情 况，故 导 入 DesignModeler 的是模型已经去除排种器外形结构的 流体计算域，在 Details View 窗口的 Details of Body 中将区域类型改为流体区域 Fluid。
［8］ 赵湛． 气吸振动式精密排种器理论及试验研究［D］． 镇江： 江苏 大学，2009．
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HU Jing-ming， YANG Mei， SUN Bu-gong， YAO Ya-ping
（ College of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070，China）
Abstract： Precision seed metering device air chamber models with or without balance stomas for small seed air － blow simulation are designed，with ANSYS / CFX / FLUENT used to conduct simulation analysis of the streamline and pressure distribution of the precision seed metering device air chamber，with the simulation result showing that the air chamber with balance stoma is more conducive to reducing air current pressure variation and ensuring more stable pressure distribution in the air chamber than the air chamber without balance stoma． Key words： small seeds； precision seed metering device； air blow； simulation
收稿日期： 2016 － 04 － 11 基金项目： 甘肃省自然科学基金项目（ 1308ＲJZA157） 第一作者简介： 胡靖明（ 1975—） ，男，甘肃成县人，副教授，硕士，主要从事农业装备与技术研究，E-mail： hujm@ gsau． edu． cn。
第7 期
胡靖明，等： 气吹式小粒种子精量排种器气室仿真
第 44 卷 第 7 期 2016 年 7 月
研究与设计
林业机械与木工设备 FOＲESTＲY MACHINEＲY ＆ WOODWOＲKING EQUIPMENT
Vol 44 No． 7 July 2016
气吹式小粒种子精量排种器气室仿真
胡靖明， 杨 梅， 孙步功， 姚亚萍 （ 甘肃农业大学工学院，甘肃 兰州 730070）
摘 要： 设计了一种用于小粒种子气力精量排种流场分析的排种器气室模型，该模型分为有平衡气孔和 无平衡气孔两种。采用 ANSYS / CFX / FLUENT 对排种器气室的流线和压力分布进行仿真分析，仿真结果表 明： 设置有平衡气孔的气室比未设置平衡气孔的气室更有利于降低气室气流压力波动，使气室压力分布更加 稳定。