论文部分内容阅读
地膜铺盖技术在为寒、旱地区保粮增收的同时,也带来了严重的白色污染。目前,机械化回收已成为治理残膜污染的重要途径和有效方法,但是机械回收的残膜与秸秆等杂质缠绕严重致使其难以被循环利用,造成严重的资源浪费和二次污染。为了解决这一难题,本文以破结后的残膜混合物为研究对象提出一种基于叶轮驱动和射流冲击的水洗分离清选方法,设计并研制了机收残膜混合物水洗分离装置,采用理论研究与数值分析相结合的方法探究了叶轮流场域和射流冲击流场域以及复合流场域的动力特性,并通过试验研究验证了分离效果。具体工作内容如下:（1）以新疆秋季棉田机收残膜混合物为研究对象,测定物料的主要组成成分及外形特征;并对残膜的剪切特性进行试验研究,分析了剪切规律;探究破结后的物料在水中的悬浮特性,分析在不同外力扰动下物料的迁移运动规律,确定最佳扰动方式,为水洗分离方法的提出及装置的设计奠定理论基础。（2）依据破结后物料主成分形体及特性差异大,旋流分离与水射流清洗原理,提出基于叶轮驱动的残膜碎片水洗沉降分层以及水介质驱动携带相结合的膜杂分离方法和水洗分选设备方案。设计并研制了机收残膜混合物水洗分离装置,从理论上计算了该装置的水力损失,结果显示,双排射流管路的水力损失较单排射流管路时小,并通过对清洗槽中物料的受力分析从理论上得出了水射流速度和叶轮转速是影响物料迁移运动规律的关键因素。（3）运用计算流体动力学方法,采用逐个击破组合验证的思想,分别对影响射流流场域水流运动情况的各因素逐一分析,主要包括射流支路入口位置、射流管路与水平面的距离H、在YOZ平面内喷头轴线与Z轴的夹角α以及在XOZ平面内喷头轴线与Z轴的夹角,揭示了各参数对分离装置结构和性能的影响并得出了最佳参数组合,即当射流管路为双排支路、射流支路入口居中、H=25mm、1=0°、2=90°、=0°时旋流效果最佳;采用MRF模型对叶轮流场域进行仿真分析,明确叶轮转速为影响旋流场的主要因素;将射流管路与叶轮组合,模拟验证复合流场域中各参数组合的优越性,分析结果表明,射流管路和叶轮的组合能使流场域同时产生旋流和推进两种效果,满足分离要求;最后采用粒子追踪法对残膜在复合流场域中的运动规律进行虚拟验证,得出残膜能与水流呈现相似的迁移运动轨迹的结论。（4）以残膜分离率为评价指标,采用单因素试验确定影响分离效果的显著性因素,并用响应曲面法设计试验方案探究各显著性因素对分离率的影响规律及相互作用关系,设定目标函数及参数范围,进行响应优化。结果表明,当水压为0.21Mpa,叶轮转速为795.45r/min,物料长为72.18mm时,残膜分离率达到最大值,为79.42%,即此时分离效果最佳。通过台架试验验证优化结果,为了便于物料处理和参数调节,取水压为0.21Mpa,叶轮转速为800r/min,物料长度为70mm,多次试验后得到平均残膜分离率为75.8%,与优化结果的相对误差为4.56%,验证了最优参数的正确性以及模型的可行性。