4MZ-4自走箱式采棉机风送歧管流体分析及结构优化.pdf
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1、新疆农机化圆园24 年第 2 期1234图1 4MZ-4自走箱式采棉机风送系统模型1.风管总成2.一分四歧管3.离心风机4.风管安装架doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2024.02.010中图分类号:S233.4文献标识码院A0 引言随着新疆地区农业机械化水平的发展,新疆棉花的机采率已超过 80%1。机采代替人采解放了劳动力、降低了生产成本,但同时也对采棉机工作效率提出了更高要求。风送系统是采棉机的重要工作部件,其作用是将采棉头采集到的棉花通过风力输送至棉箱,风送能力的大小直接关系到采棉机的工作性能。在风送系统中,离心式风机为其提供风力来源并通过歧管将风量分配到各棉
2、花输送管道,风量大小与风量分配均匀性对采收性能影响显著。当离心风机产生的风量过小时易导致棉花堵塞风管,影响采收效率;当风管中的风量分配不均时也会导致局部管路堵塞,这些问题应当在设计过程中避免2-3。流体分析软件 Fluent 基于非结构化网格,使用有限体积法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题,可应用的范围有湍流、热传、化学反应、混合、旋转流及激波等。对于本文而言,使用 Fluent 软件可以较为便捷地计算出风送系统中离心风机的可输送风量(近似于不可压缩流)以及歧管内的流量配比均匀性及空气的流动状态等。1 计算模型建立 4MZ-4 自走箱式采棉机风机和歧管的几何文章编号院1007-7782渊2
3、024冤02-0035-044MZ-4自走箱式采棉机风送歧管流体分析及结构优化张泽朋,林兆焯,巩 鹏,王 萧,黄开鹏(铁建重工新疆有限公司,新疆 乌鲁木齐 830009)摘要院针对最新研制的 4MZ-4 自走箱式采棉机,为分析其风送系统流动特性,并使风量在四个输送管路中分配均匀,利用 Hypermesh、Fluent 软件对四行机离心风机及一分四歧管进行了流体域建模及数值分析,分析得到离心风机出口流量数据,以风机出口流量作为歧管入口边界条件计算歧管各出口流量及流量配比,并根据歧管内空气流动状态对歧管结构进行优化,优化后歧管的风量配比均匀性得到显著改善。关键词院采棉机;风送歧管;流体分析;结构优
4、化Fluidanalysisandstructuraloptimizationofairsupplymanifoldof4MZ-4self-propelledboxtypecottonpickerZhang Zepeng,Lin Zhaozhuo,Gong Peng,Wang Xiao,Huang Kaipeng(China Railway Construction Heavy Industry Xinjiang Co.,Ltd,Urumqi,830009,Xinjiang,China)Abstract:Forthe newly developed 4MZ-4 self-propelled b
5、ox type cottonpicker,inorder toanalyze the flow characteristicsofitsair supply system and ensure uniform distribution of air volume in the four conveying pipelines,CFD modeling and analysis wereconducted onthe four linescentrifugal fanand one quarter manifold using Hypermesh and Fluent software.The
6、outletflow data ofthe centrifugal fan was analyzed,and the outlet flow rate of the fan was used as the boundary condition of the manifold inlet tocalculate the flow rate and flow ratio of each outlet of the manifold,and the manifold structure was optimized based on the air flowstatusinsidethemanifol
7、d,andtheuniformityoftheairflowratiointheoptimizedmanifoldwassignificantlyimproved.Key words:Cottonpicker;Airsupplymanifold;Fluidanalysis;Structuraloptimization窑 棉花机械化 窑通讯作者院黄开鹏修回日期院2023-10-11基金项目院新疆农机研发制造推广应用一体化项目“六行采棉打包机研发制造推广应用(YTHSD2022-07)”35援援新疆农机化圆园24 年第 2 期图 7 出口流速分布图 4 风机网格剖面视图图 5 歧管网格模型模型(图
8、 1),使用 Hypermesh 软件进行模型修复与网格划分,形成能够满足 Fluent 软件分析需求的模型。(1)保留与空气直接接触的管道壁面,删除其它非接触面;(2)删除影响网格质量的细小面,并在删除后进行适当修补;(3)为满足软件计算要求,对进出口进行面填充,形成一个边界连续且封闭的流体计算域;(4)为使风机求解收敛更好,将其两侧进风口延长。几何处理完成后的风机模型和歧管模型如图 2、图 3。图 2 风机流体域模型图 3 歧管流体域模型采用多面体网格对流域进行网格划分,壁面处设定 3 层边界层。风机计算采用常用的 MRF模型,该模型计算需要在流体域中划分出旋转域,与风机叶片耦合并累加转速
9、。风机与歧管的网格划分如图 4 和图 5。2 计算设置计算采用 K-e 流体计算模型,K-epsilon 是湍流模式理论中的一种,为最常见的湍流模型,属于二方程模型。它适合完全发展的湍流,是从实验现象总结而来的半经验公式,适用范围广、精度高。风机及歧管的计算条件如表 1。表 1 模型选择及初始化条件3 计算结果3.1 风机计算结果在 Fluent 软件中导入图 4 所示的离心风机网格模型,选择表 1 中的物理模型并输入表 1 中的初始化参数展开计算。迭代 2 700 步后计算结果开始达到设置的收敛标准,即残差小于 10-6,如图 6。在收敛状态下风机出口体积流量约为 4.1 m3/s,因为该流
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