摘要
我国作为辣椒生产大国，辣椒机械化收获正在逐步代替人工收获，然而机械采收含杂率高，此外，辣椒如果不清选分离，会在运输和储存过程中引起霉变，严重影响辣椒的质量和价格。因此，针对辣椒收获机收获的辣椒含杂率高，辣椒风选效果差，为降低辣椒含杂率，提高辣椒风选效果，设计了辣椒风选分离装置。采用计算流体力学（CFD）和离散元法（DEM）耦合研究方法，模拟了辣椒风选分离过程，对流场中的辣椒混合物分离机理和运动状态进行了分析，并讨论了风速对辣椒风选的影响。本文以辣椒风选装置为研究对象，利用DEM-CFD仿真方法，对辣椒在不同风速及不同吹风角度进行研究，最后进行了田间试验，将实验结果与模拟分析结果进行了比较，验证了DEM-CFD耦合方法对辣椒风选的可行性，所设计的辣椒风选分离装置为辣椒除杂提供新的工艺与方法。论文主要研究内容如下： （1）风选颗粒物料特性的测定与仿真分析：对贵州山地履带自走式辣椒收获机收获的朝天椒（簇生朝天椒）混合物进行相关参数的测定，先测定混合物中朝天椒及椒叶的物料特性；然后测定朝天椒混合物的悬浮速度。 （2）颗粒风选原理及阻风效应分析：在颗粒水平风速保持不变、颗粒直径大小相近的情况下，低密度颗粒可以运动得更远，而高密度颗粒运动得就会更近，不同的物料颗粒可通过气流按其密度、形状和大小进行分离。当气流中前端的流动力作用于前端粒子组时，由于气流受到前端粒子组的阻碍，气流形成纵向流，沿横向流过前端粒子组上、下两个表面。前端粒子组对后端粒子组的阻力屏障形成侧流，气流中的流动力将绕过后端粒子组。前粒子群抑制气流方向的向前运动，风力不作用于后粒子群，产生阻碍效应（即阻力效应）影响后端粒子 组的整体运动、受力和运动轨迹的改变。 （3）DEM-CFD耦合模型选择：基于CFD方法的Fluent软件中流体模型采用欧拉耦合模型对辣椒及其杂质的风选分离过程进行数值模拟；而基于DEM方法的EDEM软件可模拟和分析颗粒力学模型之间的接触力学行为和相互作用力，由于颗粒间的速度与接触力有关，本文采用Hertz-Minderlin接触理论和软球干接触模型。 （4）建立耦合仿真模型：首先在SolidWorks中建立风选装置模型；其次导入ICEM-CFD软件中设置出口、入口及壁面，接着对模型进行划分网格；再次在EDEM软件中建立风选颗粒模型并设置颗粒参数；再着在FLUENT软件中设置气流入口、气流出口及壁面；最后创建EDEM与FLUENT的耦合接口，建立流固耦合仿真模型。 （5）气流速度分析：由于辣椒、椒叶和辣椒茎秆的空气动力学特性不同，因此垂直下落的物料在经过水平气流作用后会有不同的轨迹。为探讨风速大小对辣椒风选结果的影响效果，采用控制变量的方法，保证其他各项条件参数相同，从而进行模拟不同风速时的辣椒风选过程。通过辣椒含杂率辣椒损失率来验证辣椒风选效果。 （6）气流倾角对风选结果的影响：为研究气流初始流入角度对物料清选效果的影响，采用控制变量的方法，保证其他各项条件参数相同，从而进行模拟不同吹风角度时的辣椒风选过程。同样通过辣椒含杂率辣椒损失率来验证辣椒风选效果。
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