麻　乾，劉　飛,趙滿全

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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基于滑移網(wǎng)格技術(shù)的揉碎機內(nèi)流場研究

麻乾，劉飛,趙滿全

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：為研究揉碎機揉碎腔內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)和流動狀態(tài)，運用計算流體力學(xué)方法，基于滑移網(wǎng)格技術(shù)，對揉碎機空載時腔內(nèi)的湍流非定常流場進(jìn)行了三維瞬態(tài)數(shù)值模擬，得到了轉(zhuǎn)速為2 800r/min時，揉碎機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1周時間內(nèi)，揉碎室和拋送室的流場空氣動力學(xué)特性參數(shù)隨時間變化規(guī)律，準(zhǔn)確地反映了瞬態(tài)流場結(jié)構(gòu)信息。結(jié)果表明：低壓區(qū)在拋送室中半徑為0～20mm附近，最高壓力區(qū)在拋送葉片與內(nèi)壁間隙，容易形成回流造成物料排出不易；啟動階段最大速度發(fā)生在出料口內(nèi)側(cè)尖角區(qū)域；軸向壓力速度分布過于均勻，進(jìn)而影響整機效率。此研究為揉碎機內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新方法，提出了改進(jìn)該機型的方向，為優(yōu)化該機效率奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：揉碎機；流場分析；瞬態(tài)仿真；滑移網(wǎng)格；非定常流

0引言

揉碎機是一種秸稈飼料加工機械，由于其生產(chǎn)出來的秸稈飼料顆粒粒度適中，有利于反芻牲畜消化吸收，已經(jīng)取代了粉碎機和鍘草機等飼料加工機械且被廣泛使用[1-2]。但是，相比于其他種類飼草加工機械，揉碎機能耗較大，嚴(yán)重影響了該機型的生產(chǎn)效率，且背離了綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。因此，有必要優(yōu)化該機具，在保證其揉碎質(zhì)量的前提下，降低能耗[3-4]。

近年來，國內(nèi)外大量學(xué)者采用各種方法對揉碎機的能耗進(jìn)行了優(yōu)化。張黎驊等[5]利用二次旋轉(zhuǎn)回歸正交試驗，建立了玉米秸稈揉絲率和度電產(chǎn)量與各參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，得到最佳工作參數(shù)，實現(xiàn)了揉絲率和度電產(chǎn)量的優(yōu)化。翟之平等[6]以降低拋送裝置功耗為目標(biāo)，對拋送裝置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)了對揉碎機的節(jié)能優(yōu)化。隨著流體仿真軟件的大力發(fā)展，將計算流體力學(xué)的理論應(yīng)用到揉碎機優(yōu)化問題上也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。加拿大學(xué)者Dennis Lammers[7]首次使用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件Fluent 6.1模擬了Dion 1224牽引式牧草收獲機流經(jīng)拋送葉片、垂直輸送管、偏轉(zhuǎn)彎管及噴嘴的空氣流流場。曹麗英[8]利用計算流體力學(xué)軟件Fluent 對新型錘片式粉碎機的氣流場進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，獲得了粉碎機氣流場的基本特征，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了試驗驗證。王娟[9]運用Fluent 對9R-40 型揉碎機內(nèi)部的流場進(jìn)行了三維模擬，并且將仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比，探究了揉碎機噪聲產(chǎn)生機理。尚坦[10]運用Fluent 中多重參考坐標(biāo)系模型對揉搓機內(nèi)流場進(jìn)行模擬，直觀顯示了內(nèi)部流場速度和壓力特征。翟之平[11]應(yīng)用計算流體力學(xué)軟件Fluent 對9R-40型揉碎機葉片式拋送裝置內(nèi)部的三維氣流流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對計算出的出料直管處的氣流速度與試驗值進(jìn)行了比較，檢驗了數(shù)值模擬的可靠性。

綜上所述，前人對轉(zhuǎn)子錘片對秸稈的作用機理、物料拋送效率、氣流場結(jié)構(gòu)對機器性能等各方面進(jìn)行了研究；然而對揉碎機內(nèi)流場結(jié)構(gòu)的研究并不深入，只是對揉碎機內(nèi)流場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，忽略了揉碎機內(nèi)部物理量的瞬態(tài)行為及非定常流動存在的事實。鑒于此，本文在前人研究基礎(chǔ)上，采用滑移網(wǎng)格技術(shù)對9R-40型揉碎機空載狀態(tài)下的內(nèi)部流場進(jìn)行單相瞬態(tài)數(shù)值模擬，研究了揉碎室內(nèi)流場在轉(zhuǎn)子及錘片的擾動下的速度壓力場轉(zhuǎn)換，以及拋送室內(nèi)流場在拋送葉片激勵下的回流特性等現(xiàn)象，揭示秸稈物料在揉碎室內(nèi)流動狀態(tài)，并對該機具效率偏低的原因做了初步分析，為下一步優(yōu)化該機具奠定了理論基礎(chǔ)。

1數(shù)值模擬

1.1　模型參數(shù)及建立

選取9R-40揉碎機為研究對象，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。9R-40型揉碎機利用隨高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子做圓周運動的錘片，將秸稈進(jìn)行剪切和擊碎，同時在錘片和揉碎室內(nèi)壁的齒板間揉搓作用下，將秸稈物料加工成具有一定長度和粗細(xì)度的柔軟絲狀段[12-15]。其主要性能參數(shù)如表1所示。

1.齒條　2.主軸　3.錘片　4.喂入口　5.拋送口　6.拋送葉板

項目參數(shù)配套動力7.5kW電機或8.82～11.03kW小四輪拖拉機生產(chǎn)率1t/h主軸轉(zhuǎn)數(shù)2700～3000r/min整機質(zhì)量200kg轉(zhuǎn)子直徑400mm葉片傾角后傾10°外形尺寸(長×寬×高)1600mm×1000mm×1750mm適應(yīng)的物料①作物秸桿(玉米、高梁、蔡花等粗秸稈);②細(xì)小樹枝條等作業(yè)形式固定作業(yè)或掛在拖拉機作業(yè),轉(zhuǎn)移和較長距離運輸作業(yè)質(zhì)量加工后的物料細(xì)軟如絲絮狀,揉碎率可達(dá)95%以上

為了提高數(shù)值計算精度，更準(zhǔn)確地對流場進(jìn)行分析，建立了揉碎機的三維全流場幾何模型。首先，建立轉(zhuǎn)子總成裝備體，如圖2所示；其次，建立揉碎室部分如圖3所示。

根據(jù)CFD的基本理論，數(shù)值模擬的計算區(qū)域是流體實際通過區(qū)域。為了更好地離散化計算域，達(dá)到良好的模擬效果，本文對轉(zhuǎn)子裝配體先進(jìn)行簡化再導(dǎo)入流體計算軟件。計算模型的建立在GAMBIT中完成，將圖1和圖2的.x_t格式三維模型通過Parasolid文件類型倒入GAMBIT中；然后進(jìn)行split計算，并且retain轉(zhuǎn)子的模型，得到計算區(qū)域模型。

1.拋送葉片　2.錘片架　3.矩形錘片　4.主軸　5.擋銷　6.槽形錘片

1.拋出口　2.喂入口

1.2　滑移網(wǎng)格模型

應(yīng)用滑移網(wǎng)格技術(shù)可以處理揉碎機內(nèi)流場的仿真問題。因為在揉碎機實際工作中，錘片及拋送葉板與揉碎室內(nèi)壁存在相互作用，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一定角度，流場結(jié)構(gòu)隨之變化，物料流同時會隨時間產(chǎn)生非定常流動，導(dǎo)致揉碎機的內(nèi)流場的模型應(yīng)該歸為變形區(qū)域流動問題。FLUENT中用于運動問題的計算模型包括運動坐標(biāo)系和運動域兩種。運動坐標(biāo)系包括單參考坐標(biāo)系(SRF)、多重參考系模型(MRF)及混合面模型(Mixing Plane Model)，運動域方法包含滑移網(wǎng)格模型(Sliding Meshes)和動網(wǎng)格(Moving meshes)等[16-17]。此外，在揉碎室內(nèi)存在齒板的繞流擾動，以及氣流與秸稈(固相)氣固耦合作用，以上所述干擾過程細(xì)節(jié)導(dǎo)致錘片與內(nèi)壁存在瞬態(tài)相互作用[18-19]。動坐標(biāo)系解法是一種穩(wěn)態(tài)近似解法，不能十分精確反映揉碎機內(nèi)流場結(jié)構(gòu)。所以，本文采用滑移網(wǎng)格模型解決靜止部件和旋轉(zhuǎn)部件的相對運動問題。與MRF和混合面技術(shù)相比，該模型計算出的流場是實際的流場，而非充分發(fā)展流場，這一點在很大程度上改善了模擬的精度[20-21]。

滑移網(wǎng)格模型的建立基礎(chǔ)是在轉(zhuǎn)/靜干涉處建立交界面，使計算域產(chǎn)生兩個相對運動的子域，由非一致網(wǎng)格界面連接。所以，在劃分網(wǎng)格時，應(yīng)考慮將流體計算區(qū)域加工成動、靜兩個子域，進(jìn)而在不同區(qū)域內(nèi)劃分網(wǎng)格。根據(jù)上述理論，建立計算域的滑移網(wǎng)格模型(見圖4)，動子域為內(nèi)部包含轉(zhuǎn)子部分，其余外部為靜子域。

圖4　流體計算域

1.3　網(wǎng)格生成

滑移網(wǎng)格技術(shù)使用多個計算域，本文分為動、靜兩個區(qū)域。相鄰的計算區(qū)域分界面形成“網(wǎng)格分界”形式，這樣網(wǎng)格劃分可以在每個子域內(nèi)單獨完成，最終在Fluent邊界條件設(shè)置中的interface邊界條件可以解決區(qū)域間的數(shù)據(jù)對接。

網(wǎng)格劃分在GAMBIT中進(jìn)行，首先對喂入口和拋出口兩個面進(jìn)行面網(wǎng)格劃分(face mesh)，網(wǎng)格劃分時采用四邊形(Quad)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格元素，網(wǎng)格生成方式為平鋪(pave)，spacing的方式為Interval count并輸入網(wǎng)格個數(shù)為10，再對體進(jìn)行劃分，這樣設(shè)置可以節(jié)省計算機內(nèi)存提高運算效率。同理，對于動子域，選擇階梯圓柱的兩個斷面進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，接著以上述兩個面網(wǎng)格為基礎(chǔ)進(jìn)行提網(wǎng)格劃分。體網(wǎng)格元素采用適應(yīng)性較強的四面體混合網(wǎng)格，網(wǎng)格類型選擇TGrid，網(wǎng)格劃分步長大小為20?？傮w計算域網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5所示。動子域網(wǎng)格數(shù)為307 754，靜子域網(wǎng)格數(shù)為55 044。

1.4　數(shù)值計算

采用ANSYS-FLUENT軟件對9R-40揉碎機進(jìn)行三維全流場瞬態(tài)數(shù)值分析。 計算域入口和出口給定了通用的壓力入口(pressure inlet)及壓力出口(pressure outlet)，其余均默認(rèn)為絕熱非滑移壁面邊界。需要指出的是，轉(zhuǎn)子表面(wall)是轉(zhuǎn)動內(nèi)部邊界，由于其數(shù)量較多，所以需要先在GAMBIT當(dāng)中創(chuàng)建一個含有轉(zhuǎn)子每個表面的Group，命名為mixer；轉(zhuǎn)子wall邊界選擇為Rotational，轉(zhuǎn)動方式選擇Relative to Adjacent Cell Zone，意為轉(zhuǎn)子與流場運動區(qū)域一起同步轉(zhuǎn)動。動子域與靜子域的交界面設(shè)置為Interface交界面，以便節(jié)點信息通過插值函數(shù)相互傳遞。

圖 5　計算域網(wǎng)格劃分

由于本文針對揉碎室內(nèi)氣流單相求解，所以采用壓力基—壓力動量耦合求解器；另外，由于對計算時間有要求，耦合方式采用PISO隱式求解器。分離算法采用二階迎風(fēng)插值格式。

湍流模型采用RNGk-ε模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)避免函數(shù)方法。為了模擬指定時間內(nèi)的瞬態(tài)流場，根據(jù)表1給出的參數(shù)，取主軸轉(zhuǎn)速為2 800r/min，周期約為0.02s。非定常計算采用時間步長e-5s，只考察轉(zhuǎn)子第1周的工作情況。為了讓迭代計算達(dá)到更好的收斂效果，設(shè)置每個時間步長內(nèi)進(jìn)行20次迭代計算，每4個時間步保存一次數(shù)據(jù)文件。

2模擬結(jié)果及分析

迭代計算至1 712步后，計算收斂。殘差監(jiān)視窗口如圖6所示。

圖6　殘差圖

流量報告給出，進(jìn)出口的質(zhì)量流量的絕對值相對誤差達(dá)到e-5，得到428個時刻的瞬態(tài)流場數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.1　橫截面流場信息結(jié)果分析

為了分別考察拋送室和揉碎室內(nèi)各自流場隨時間變化規(guī)律，根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，選取時間為T/20、T/4、T/2時刻的揉碎室中心橫截面z=50mm的流場壓力信息(見圖7)及流場速度信息(見圖8)來進(jìn)行分析。

圖7　不同時刻橫截面z=50mm靜壓分布

2.1.1橫截面壓力分布

從圖7中可明顯看出：徑向壓力梯度隨時間逐漸減小，表明機器在啟動階段會產(chǎn)生周期性振動，通過啟動加速階段會逐漸趨于平穩(wěn)；壓力最大區(qū)域始終出現(xiàn)在拋送直管、轉(zhuǎn)子周圍形成負(fù)壓區(qū)；最大壓力區(qū)隨時間不斷衰減，中心負(fù)壓區(qū)不斷擴散；葉片前后的壓力分布隨時間產(chǎn)生明顯變化，由于葉片后傾10°，其迎風(fēng)面所受壓力隨時間逐漸增大，背風(fēng)面則減小。在兩個葉片之間形成壓力梯度方向與葉片轉(zhuǎn)動方向一致，可以加強氣流的周向運動。

2.1.2橫截面速度分布

由圖8顯示的拋送室z=50mm位置不同時刻的速度云圖分布情況中可以發(fā)現(xiàn)：在機器運行前期啟動階段，速度分布相對均勻，出料口速度幾乎為零；在T/4時刻，拋送通道內(nèi)的氣流在拋送葉片的帶動下，其流速沿著葉片運動切向方向迅速增加，且速度的改變首先發(fā)生在葉片頂端，出料口速度迅速增大，其變化最先發(fā)生在出料口的里側(cè)(靠近中心軸)；T/2時刻，出料管速度繼續(xù)增大，高速區(qū)集中在葉片背風(fēng)面，腔體內(nèi)壓力速度轉(zhuǎn)化劇烈，形成紊流。

圖8　不同時刻橫截面z=50mm速度分布

2.2　縱截面流場信息結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果，選取時間為T/20、T/4、T/2時刻的主視縱截面流場壓力信息(見圖9)及流場速度信息(見圖10)分析。

2.2.1縱截面壓力隨時間分布

1)縱截面壓力隨時間分布相似性。由圖9中可以看出：在整個時間歷程中，揉碎機內(nèi)流場結(jié)構(gòu)存在以下相似性：①由于拋送葉片的半徑大于錘片半徑，使得揉碎室內(nèi)徑向壓力梯度小于揉碎室內(nèi)徑向壓力梯度，在揉碎室和拋送室交界處形成指向出口的壓降；當(dāng)氣流由揉碎室進(jìn)入拋送室內(nèi)時，將被迅速被壓縮，有利于物料在氣流帶動下迅速被拋出，但由于同樣的原因也容易造成物料在揉碎室的堆積現(xiàn)象，并帶來二次揉碎增加能耗的不良后果。②各時刻的高壓區(qū)域出現(xiàn)在拋送室內(nèi)壁，低壓區(qū)域出現(xiàn)在拋送室的半徑為0～20mm附近。這樣拋送室徑向壓力梯度較大，容易在轉(zhuǎn)子附近形成負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生回流和二次流現(xiàn)象，造成排料不暢。此外，揉碎段錘齒間靜壓只有高壓區(qū)的25%左右，減弱了物料的流化沸騰，使錘片與大粒度物料有效撞擊幾率降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2)縱截面壓力隨時間分布差異性。以時間為尺度觀察其內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其變化主要發(fā)生在拋送段：在T/18時刻，壓力最高區(qū)域在拋送室內(nèi)并靠近出口區(qū)域當(dāng)機器運行至T/9時刻，壓力最大區(qū)域發(fā)生偏移擴散，集中在了出口，并且最大壓力值增大，而中心壓力進(jìn)一步降低，壓力梯度進(jìn)一步增大。揉碎室到拋送室的壓力過度平穩(wěn)，湍流影響較小。當(dāng)運行至T/6時刻，最大壓力區(qū)仍然在出料口，而且壓力值進(jìn)一步增大，伴隨著中心負(fù)壓進(jìn)一步增大，導(dǎo)致機器在啟動階段運行不平穩(wěn)，破壞了氣流場平衡；在揉碎段與拋送段之間明顯出現(xiàn)壓力值陡增現(xiàn)象，導(dǎo)致物料不能高效地有揉碎區(qū)進(jìn)入拋送區(qū)，這也是造成揉碎機效率低的原因之一。同時，還可以看出：在不同時刻，隨著時間的變化，揉碎室內(nèi)的氣流場結(jié)構(gòu)變化甚微，說明在揉碎機工作過程中，錘片結(jié)構(gòu)沒有引起氣流場的變化，只起到了揉碎秸稈的作用，對改善氣流場結(jié)構(gòu)提高物料在流場有效運輸貢獻(xiàn)很小。

1.揉碎室　2.拋送室　3.拋送室底部

2.2.2縱截面速度分布

由圖10可以看出：在啟動加速階段，拋送室內(nèi)速度隨時間有明顯增加，并在其底部形成速度最大區(qū)域。揉碎室內(nèi)錘齒間由于摩擦阻力影響，呈現(xiàn)出壁面附近速度小，錘片頂端速度大的特征，這樣產(chǎn)生的速度梯度有助于在揉碎物料兩側(cè)形成速度差，提高揉碎質(zhì)量。在拋送板帶動下，拋送室抽送氣流與揉碎室非定常旋流在兩區(qū)交界面產(chǎn)生混合，使揉碎室內(nèi)出現(xiàn)組合渦，并有朝入口方向增強的趨勢，即存在明顯回流。揉碎室內(nèi)軸向速度梯度的產(chǎn)生來源是拋送葉片，排氣方式相對被動，說明揉碎室速度分量不產(chǎn)生推力，導(dǎo)致流場能量損失。此外，揉碎室內(nèi)渦核存在徑向跳動，呈非對稱分布，由此產(chǎn)生的振動是該機能耗的又一來源。

圖10　不同時刻主視縱截面速度分布

3結(jié)論

1)揉碎機內(nèi)壓力最大區(qū)域產(chǎn)生在拋送葉片頂端與機殼間隙，壓力最低區(qū)域為拋送室轉(zhuǎn)子周圍。拋送室徑向壓力梯度隨時間逐漸增加，拋送區(qū)中心負(fù)壓區(qū)隨時間逐漸擴撒，影響物料完全拋出。

2)拋出室的高速區(qū)隨時間向揉碎段收縮，速度梯度變化明顯，湍動能隨時間增加，這也是產(chǎn)生回流的原因之一。

3)揉碎室內(nèi)速度變化規(guī)律與拋送室內(nèi)相近，沿著半徑由內(nèi)向外揉碎室內(nèi)速度先增大后減小，并且伴隨著徑向非對稱性。

4)揉碎室作為物料由入口到出口的唯一流道，在其與拋送室交界處存在軸向漩渦，存在回流和循環(huán)流。揉碎室內(nèi)軸向壓力、速度隨時間變化趨勢微弱，致使物料的二次揉搓，影響整機效率。

4建議

揉碎機的工作要求：一是將物料揉碎；二是將揉碎的物料及時排出。但是，目前揉碎機的設(shè)計使得揉碎室和拋送室的工作相對單一，沒有互相促進(jìn)作用。因此，可以通過改變錘片結(jié)構(gòu)，提高揉碎室內(nèi)流場壓強，制造軸向強制渦，加強物料流動。在“物料被拋出”基礎(chǔ)上加強“物料流出”，進(jìn)而提高度電產(chǎn)量。新型揉碎機應(yīng)改進(jìn)錘片結(jié)構(gòu)以改善揉碎室的氣流場結(jié)構(gòu)，使物料在被揉碎同時能夠在流場促進(jìn)下高效地達(dá)到拋送段，從而提高揉碎效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟海波,韓魯佳.秸稈物料的特性及其加工利用研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003(6):38-41.

[2]韓魯佳,劉向陽,李道娥,等.我國秸稈飼料資源開發(fā)利用的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1997(S1):127-131.

[3]于海燕,劉向陽.秸稈飼料加工機械現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 糧油加工與食品機械,2003(6):53-55.

[4]相俊紅. 農(nóng)作物秸稈綜合利用機械化技術(shù)推廣研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[5]張黎驊,陳秋陽,孫圓圓,等.基于響應(yīng)面法的錘片-齒條式玉米秸稈切揉試驗裝置的參數(shù)優(yōu)化[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011(4):122-128.

[6]翟之平,高搏,楊忠義,等. 葉片式秸稈拋送裝置功耗分析與參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013(10):26-33.

[7]Dennis Lammers. Determination of the air and crop flow behavior in the blowing unit and spout of a pull—type forage harvester [D].Saskatchewan:University of Saskatchewan,2005:52-58.

[8]曹麗英,武佩,馬彥華,等.基于FLUENT的錘片式粉碎機單相流場分析[J]. 糧食與飼料工業(yè),2010(12):45-47.

[9]王娟,王春光,王芳.基于Fluent的9R-40型揉碎機三維流場數(shù)值模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2010(2):165-169.

[10]尚坦,郭貴生. 秸稈揉絲機揉搓機構(gòu)內(nèi)流場仿真與分析[J].農(nóng)機化研究,2014,36(8):32-35.

[11]翟之平, 王春光.葉片式拋送裝置氣流流場數(shù)值模擬與優(yōu)化[J] .農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2008,39(6):84-87 .

[12]李林,劉偉峰,趙滿全,等.揉碎機工作機理的分析與研究[C]//中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集(下冊).濟南：中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會,2008.

[13]趙振國,李林. 9R-40型揉碎機度電產(chǎn)量的性能分析與試驗研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011(1):197-200.

[14]張三強.9R-40型揉碎機揉碎性能的試驗研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[15]周偉. 9R-40型揉碎機的改進(jìn)與試驗研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[16]祝昭.轉(zhuǎn)/靜交界面處理方法研究及渦輪結(jié)構(gòu)與氣動分析[D].南京：南京航空航天大學(xué),2008.

[17]李貴東,王洋,曹璞鈺,等.射流式離心泵非設(shè)計工況下內(nèi)部流動研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2015(8):48-53.

[18]王福軍.計算流體動力學(xué)分析-CFD 軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[19]Frederic Magoules.Computational Fluid Dynamics[M].Paris:CRC Press,Taylor & Francis Group,2011.

[20]楊從新,巫發(fā)明,張玉良.基于滑移網(wǎng)格的垂直軸風(fēng)力機非定常數(shù)值模擬[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2009(6):98-102.

[21]黃思,鄧慶健,王宏君. 應(yīng)用滑移網(wǎng)格技術(shù)分析多級離心泵的三維瞬態(tài)流動[J].流體機械,2009(3):24-27.

Abstract ID:1003-188X(2016)12-0001-EA

Numerical Simulation on Inner Flow Field of 9R-40 Rubbing and Breaking Machine Based on Sliding Meshes

Ma Qian, Liu Fei, Zhao Manquan

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018 ，China )

Abstract：So as to studying the structure and status of inner flow field of rubbing and breaking machine, the Turbulent unsteady flow field of unloaded working conditions under rotating rate at 2 800r/min were simulated with computational fluid dynamics(CFD) and moving meshes method. Acquired its properties of flow area inside altering with time, which reflects the transient flow field structure information accurately. The simulated results could show that the low pressure area appeared in region of 0～20mm radius near the throwing chamber, while maximum pressure zone formed between the gap of throwing blades and the inner wall forming a reflux resulting in material could not discharge easily. Axial pressure and velocity evenly distributed resulting in airflow of shattered room is short of axial mobile. This article provided a new method for structure optimization of inner flow field of rubbing and breaking machine, suggested directions about improving the models, laid a theoretical foundation in order to optimize the efficiency of the aircraft.

Key words：rubbing and breaking machine; flow analysis; transient simulation; sliding meshes; unsteady flow

中圖分類號：S817；S126

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)12-0001-06

作者簡介：麻乾(1989-)，男(回族)，太原人，博士研究生，(E-mail)dft0210@163.com。通訊作者：趙滿全(1955-)，男，內(nèi)蒙古土右旗人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)nmgzhaomq@163. com。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(51365034)；中國博士后科學(xué)基金項目(2014M552532XB)

收稿日期：2015-11-13