龍新平，鄒佳林，徐茂森，左 丹，龍 云，王 炯

（1. 水射流理論與新技術(shù)湖北省重點實驗室(武漢大學(xué))，武漢 430072；2. 武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院，武漢，430072）

改進(jìn)型環(huán)形射流泵輸送不同果蔬試驗

龍新平，鄒佳林，徐茂森，左 丹，龍 云，王 炯

（1. 水射流理論與新技術(shù)湖北省重點實驗室(武漢大學(xué))，武漢 430072；2. 武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院，武漢，430072）

為了研究果蔬的形狀、大小和密度對環(huán)形射流泵輸送性能的影響，該文采用喉管直徑為60 mm的環(huán)形射流泵進(jìn)行了馬鈴薯、胡蘿卜、圣女果和金桔的輸送試驗，對入口結(jié)構(gòu)、流量比、輸送高度和果蔬種類4個因素對輸送性能的影響進(jìn)行了研究，并分析了不同工況對果蔬損傷的影響。結(jié)果表明：吸入口結(jié)構(gòu)對輸送性能有很大的影響；該環(huán)形射流泵輸送馬鈴薯、胡蘿卜、圣女果和金桔的最高輸送能力分別為3 038.13、2 158.83、2 302.92和1 949.50 kg/h；在相同的面積比和輸送高度下，輸送能力隨工作流體流量的增加而增大；在相同的面積比和工作流體流量下，輸送能力隨輸送高度的升高而降低；在相同的工況下，輸送橢球形的果蔬的能力要優(yōu)于輸送長條形果蔬的能力，輸送密度較大的果蔬的能力要優(yōu)于輸送密度較小的果蔬的能力。輸送單位質(zhì)量果蔬的能耗在低流量比時變化不明顯，在高流量比時有較大提升。馬鈴薯和胡蘿卜在輸送過程中損傷很小，損傷原因是與管道或泵內(nèi)壁或者管道接口處碰撞，馬鈴薯和胡蘿卜的最大質(zhì)量損失率分別為0.13%和0.21%，最大表面損失率為0.68%和1.20%，圣女果和金桔在所有工況沒有損傷。該研究可為今后環(huán)形射流泵輸送果蔬的深入研究提供參考。

泵；農(nóng)作物；試驗；環(huán)形射流泵；果蔬輸送；輸送性能；損傷

龍新平，鄒佳林，徐茂森，左 丹，龍 云，王 炯. 改進(jìn)型環(huán)形射流泵輸送不同果蔬試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(7)：36－42.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.005 http://www.tcsae.org

Long Xinping, Zou Jialin, Xu Maosen, Zuo Dan, Long Yun, Wang Jiong. Experiment on using modified annular jet pump to deliver different fruits and vegetables[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 36－42. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.005 http://www.tcsae.org

0 引 言

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與食品加工業(yè)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的快速、無損與清潔輸送成為了亟需解決的問題[1-3]。傳統(tǒng)的物料輸送方式多采用機(jī)械式輸送機(jī)，包括斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)、氣力輸送機(jī)、O型帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)等，雖然各具特色，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送物料種類較為單一、適應(yīng)性不廣、成本高昂等缺點，且果蔬在輸送過程中易損傷[4-12]。因此開發(fā)一種物料輸送方式就顯得尤為重要。

射流泵是以高速射流作為工作介質(zhì)，通過流體微團(tuán)的紊動擴(kuò)散作用，把能量傳給被吸流體（氣體、液體、固體或其混合物）的一種流體機(jī)械及混合反應(yīng)設(shè)備[13]。該裝置主要由噴嘴、吸入室、喉管和擴(kuò)散管幾部分組成。根據(jù)噴嘴和吸入室位置的不同，可將射流泵分為中心射流泵和環(huán)形射流泵兩類。中心射流泵的噴嘴在射流泵裝置軸中心位置，吸入管環(huán)繞噴嘴一周形成環(huán)形吸入室。與中心射流泵相反，環(huán)形射流泵噴嘴和吸入室位置互換，其工作流體環(huán)繞在被吸流體進(jìn)口管道周圍，形成環(huán)形射流。

環(huán)形射流泵具有內(nèi)部無運(yùn)動部件、結(jié)構(gòu)簡單、過流通道寬敞、對所輸送物體損傷小等優(yōu)點，特別適合輸送顆粒狀物料。目前對于環(huán)形射流泵的研究主要集中在其內(nèi)部流場分布[14-19]和結(jié)構(gòu)優(yōu)化[20-28]等方面，學(xué)者對其在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用較少涉及。Xiao 等[29-30]進(jìn)行了環(huán)形射流泵輸送草魚的研究并觀察及分析了草魚在泵內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)，并且分析了內(nèi)部流場對于輸送性能的影響；徐茂森等[31]進(jìn)行了環(huán)形射流泵輸送馬鈴薯的試驗，分析了流量比、面積比、輸送高度等因素對環(huán)形射流泵輸送馬鈴薯的輸送能力的影響及馬鈴薯在輸送過程中的損傷。

為了研究果蔬的形狀、尺寸和密度等因素對輸送性能的影響，本文將在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多種類果蔬（馬鈴薯、胡蘿卜、圣女果、金桔）的試驗研究，從更多方面分析影響輸送性能的因素。另外，文獻(xiàn)[31]采用的錐形網(wǎng)管入口具有較大的局限性，使得輸送性能不高，不利于實際應(yīng)用。本文提出了一種新的入口設(shè)計，以提高輸送能力和改善其適用性。本文對不同種類果蔬在不同工況下的輸送能力進(jìn)行了研究，并計算了各工況下驅(qū)動泵的水功率和輸送單位質(zhì)量果蔬的能耗（以下簡稱為單位質(zhì)量能耗），觀察了果蔬的損傷情況，以期為今后環(huán)形射流泵進(jìn)行果蔬輸送的深入研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

本文采用的環(huán)形射流泵的結(jié)構(gòu)和尺寸與文獻(xiàn)[31]一致，喉管直徑為60 mm，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。其工作原理是：工作流體由工作流體輸送管進(jìn)入環(huán)形噴嘴后高速噴出，壓力降低卷吸含有果蔬的被吸流體經(jīng)被吸流體輸送管進(jìn)入混合室與高速的工作流體混合并進(jìn)行動量和能量交換，工作流體速度降低，被吸流體速度升高；在喉管出口處，工作流體和被吸流體的速度趨于一致；隨后混合流體在擴(kuò)散管內(nèi)動能降低，勢能升高，最后經(jīng)出口管排出。本試驗采用的環(huán)形射流泵的面積比可由控比環(huán)調(diào)節(jié)。控比環(huán)是外徑150 mm而內(nèi)徑不同的一系列環(huán)狀部件，通過更換控比環(huán)可改變環(huán)形噴嘴截面積Aj從而改變環(huán)形射流泵的面積比。

圖1 環(huán)形射流泵結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch map of annular jet pump

環(huán)形射流泵的性能常用一組無量綱參數(shù)描述，分別為

式中m為面積比；q為流量比；h為壓力比；ηp為輸送能力，kg/h；At為喉管截面積，mm2；Aj為環(huán)形噴嘴截面積，mm2；Qs為被吸流體流量，m3/h；Qj為工作流體流量，m3/h；Pc為混合流體出口壓力，kPa；Ps為被吸流體壓力，kPa；Pj為工作流體壓力，kPa；mp為輸送果蔬總質(zhì)量，kg；t為輸送時間，s。

本試驗裝置采用實驗室現(xiàn)有的射流泵試驗臺[31]。文獻(xiàn)[31]采用的進(jìn)料口是錐形網(wǎng)管，其收縮角過小會造成果蔬的堵塞，降低輸送能力，且不固定，投料時需人工扶持，本試驗在其基礎(chǔ)上改進(jìn)了物料入口結(jié)構(gòu)，根據(jù)增大入口溜槽收縮角度以及減小勞動量的原則設(shè)計了一種入口溜槽裝置，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2a所示，形狀為逐漸收縮的弧形溜槽，其下半部為白鋁皮制造，上半部采用尼龍繩編制的網(wǎng)封閉。試驗表明，新的入口溜槽裝置能降低果蔬在進(jìn)入泵時的機(jī)械損傷，并改善快速投料時入口位置的堵塞現(xiàn)象從而提高果蔬的輸送能力。環(huán)形射流泵試驗臺的整體布置如圖2b所示。

圖2 果蔬輸送試驗臺Fig.2 Experiment rig of fruits and vegetables transportation

1.2 測量設(shè)備

本試驗在泵的入口位置、工作流體出口位置、喉管、擴(kuò)散管以及混合流體出口位置安裝有壓力傳感器，采用武漢超宇公司生產(chǎn)的CY3011BCP30N型壓力變送器，其精度為0.5%；在射流泵工作流體管段和出口管段安裝有KROHNE公司生產(chǎn)的分體式電磁流量計，信號轉(zhuǎn)換器和傳感器型號分別為IFC300F和IFS4000，其精度為0.2%。流量計和壓力傳感器的信號線通過接線箱匯集然后通過數(shù)據(jù)傳輸總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集箱進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。質(zhì)量測量設(shè)備采用電子秤，其精度為0.5%；計時設(shè)備采用秒表。測量設(shè)備滿足本試驗的精度要求。

1.3 試驗材料

試驗采用的果蔬購自武漢大學(xué)工學(xué)部集貿(mào)市場，果蔬大小基本均勻，其特性如表1所示。

表1 果蔬的特性Table1 Features of fruits and vegetables

1.4 試驗設(shè)計

本試驗的目的是為了考察不同因素對于環(huán)形射流泵輸送果蔬性能的影響以及觀察在輸送過程中可能發(fā)生的損傷，其主要因素包括流量比q、輸送高度H（出口軟管出口位置與水面的高度差）、不同的果蔬種類。試驗時通過改變環(huán)形射流泵入口閥門開度調(diào)節(jié)工作流體流量來改變流量比，并保持其他因素不變；通過改變出口軟管的高度來改變輸送高度并保持其他因素不變；在同一工況下輸送不同種類的果蔬；通過對比果蔬過泵前后的狀態(tài)，分析損失類型及成因。主要試驗過程為：首先調(diào)節(jié)試驗需要的工況，并等待一段時間待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過電子秤稱量果蔬的質(zhì)量，打開數(shù)據(jù)采集器，然后將果蔬倒入入口溜槽，同時按下秒表開關(guān)并在果蔬全部輸送完畢后記錄整個輸送過程的時間。每種果蔬的每一個工況進(jìn)行至少2次試驗，記第1次試驗值為D1，第2次試驗值為D2，計算其偏差率ε，當(dāng)偏差率ε小于10%時認(rèn)為試驗數(shù)據(jù)有效，反之則重新進(jìn)行試驗，直到 2次試驗的偏差率小于10%。圖3給出了面積比為3，輸送高度為1.95 m時土豆輸送試驗的數(shù)據(jù)偏差圖，其中偏差率最大為6.07%，可以認(rèn)為試驗結(jié)果是可信的。

圖3 數(shù)據(jù)偏差圖Fig.3 Figure of data deviation

2 結(jié)果與分析

2.1 入料口結(jié)構(gòu)對輸送性能的影響

文獻(xiàn)[31]采用錐形網(wǎng)管作為入口裝置，在重復(fù)該試驗時發(fā)現(xiàn)該入口裝置存在著易堵塞、果蔬通過效率不高、投料麻煩等問題，故本試驗對入口裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的入口裝置如圖2a所示。圖4給出了2種不同入口裝置在相同的面積比3和輸送高度1.40 m下不同流量比時輸送馬鈴薯的輸送能力對比圖。當(dāng)流量比為0.23時，采用錐形網(wǎng)管和采用入口溜槽的馬鈴薯輸送能力分別為349.08和1 067.61 kg/h；當(dāng)流量比為0.47時，采用錐形網(wǎng)管和采用入口溜槽的馬鈴薯輸送能力分別為 1 568.57 和2 061.09 kg/h，采用新型入口裝置時馬鈴薯的輸送能力得到了提升。

圖4 不同入口裝置下馬鈴薯的輸送能力Fig.4 Transportation capacity of potato using different inlet devices

入口溜槽采用的是直接投料的方式，果蔬直接倒入入口溜槽之中，然后經(jīng)過入口溜槽直接進(jìn)入管道之中，果蔬的濃度反映了投料時的快慢程度。果蔬的濃度會影響輸送性能，濃度過低時，果蔬只會間歇性地被輸送，其輸送性能得不到發(fā)揮；果蔬過濃時，部分情況下可能出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。一般來說，果蔬進(jìn)入入料口時，堆積在入料口的果蔬會被入口結(jié)構(gòu)控制，并選擇性地先后進(jìn)入吸入口，然后被輸送。為了減小堵塞的可能性，應(yīng)適當(dāng)控制投料的速度。

2.2 輸送能力影響因素

在試驗中，馬鈴薯、胡蘿卜、圣女果和金桔的最高輸送能力分別為3 038.13、2 158.83、2 302.92和1 949.50 kg/h。為分析流量比對果蔬輸送的影響，在保持其他工況不變的情況下通過改變?nèi)肟陂y門開度調(diào)節(jié)流量比并依次進(jìn)行4種不同果蔬的輸送試驗。在保持面積比為3，輸送高度H為1.75 m的工況下的試驗結(jié)果如圖5a所示，結(jié)果表明，環(huán)形射流泵輸送馬鈴薯的能力最強(qiáng)，輸送金桔的能力最弱，在低流量比時輸送胡蘿卜和圣女果的能力大致相似，在高流量比時圣女果的輸送能力稍大于胡蘿卜的輸送能力。4種果蔬的輸送能力隨著流量比變化的趨勢大致相似，輸送能力隨著流量比的增大而增大。這是因為，隨著流量比升高，被吸流體流量Qs越大，單位時間內(nèi)能被吸入的果蔬就越多，被吸流體壓力ps越低，被吸流體對果蔬的卷吸能力越強(qiáng)（圖 5b）。試驗中證明在同一工況下，有無果蔬通過對于其被吸流體流量和被吸流體壓力的影響不大，故本文均采用無果蔬通過時采集的被吸流體流量與壓力數(shù)據(jù)。

圖5 不同流量比下的輸送能力及被吸流體流量和壓力Fig.5 Capacity of transportation and flow rate and pressure of secondary flow under different flow ratios

由表1可知，馬鈴薯與胡蘿卜的密度相似，密度對于輸送性能的影響可以忽略，但形狀上有著極大的差異；而圣女果與金桔外形和大小相似，但密度上相差較大。由圖5a可以看出，在相同的工況下，輸送馬鈴薯的能力要遠(yuǎn)大于輸送胡蘿卜的能力。這是因為：1）胡蘿卜的形狀是長條狀，如果投料過快，在進(jìn)入斗形入口時極易造成堵塞；2）胡蘿卜的運(yùn)動大致與泵的軸線平行，相較于土豆，單位質(zhì)量上受到水流對其作用力較小，從而使水流對其的卷吸能力較小，在管道中不能達(dá)到較大的速度，導(dǎo)致其輸送能力較??；3）果蔬一方面隨水流向下游流動，一方面相對水流質(zhì)點運(yùn)動，其相對運(yùn)動在某種程度上可以看成果蔬顆粒在復(fù)雜流動條件下的繞流問題，后面會形成類似卡門渦街的流動結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致果蔬的擺動，胡蘿卜相較其他果蔬擺動較大，使其軸向速度下降，從而影響其輸送效率；4）由于試驗條件限制，試驗所用管道并不是全程平滑的，在軟管與鋼管的連接處具有臺階，胡蘿卜的擺動導(dǎo)致其在通過臺階時容易與臺階碰撞，削弱了胡蘿卜的運(yùn)動速度，嚴(yán)重時由于猛烈撞擊胡蘿卜還會直接卡在臺階處，嚴(yán)重影響胡蘿卜的輸送效率。圖6顯示了到胡蘿卜在泵內(nèi)的擺動和堵塞現(xiàn)象。

在相同的工況下，輸送圣女果的能力要大于輸送金桔的能力。主要因為圣女果的密度大于金桔的密度。由于入口裝置是將果蔬放入溜槽中，管道的吸入口距離水面有一定的距離，稱之為淹沒深度。在果蔬倒入到水中后，果蔬由于吸入口的卷吸作用被吸入到管道之中，此時果蔬的密度大小將會影響其能否順暢的進(jìn)入管道，圣女果由于其密度與水相近，在吸入口的卷吸作用下能夠非常流暢的進(jìn)入管道，而金桔密度由于比水的小，其在放入溜槽后水對其的浮力將對抗吸入口的卷吸作用，導(dǎo)致其進(jìn)入管道的過程相較于圣女果更加困難，尤其是當(dāng)工作流體流量較低時，由于卷吸作用較小，金桔往往不能被吸入到管道之中，造成入口的堵塞。

圖6 胡蘿卜的擺動和堵塞現(xiàn)象Fig.6 Swing and blocking phenomenon of carrot

為分析輸送高度的影響，在保持其他工況不變的情況下通過改變出口高度調(diào)節(jié)輸送高度并依次進(jìn)行 4種不同果蔬的輸送試驗。在保持面積比為 3、工作流體流量67 m3/h的工況下的試驗結(jié)果如圖7a所示。結(jié)果表明，4種果蔬的輸送能力都隨著輸送高度的升高而降低，其中馬鈴薯的輸送能力在低流量比的下降趨勢較為明顯。這是因為隨著輸送高度升高，被吸流體流量Qs越小，單位時間內(nèi)能被吸入的果蔬就越少，被吸流體壓力ps越高，被吸流體對果蔬的卷吸能力越弱(圖7b)。

圖7 不同輸送高度下的輸送能力及被吸流體流量和壓力Fig.7 Capacity of transportation and flow rate and pressure of secondary flow under different transportation height

2.3 果蔬輸送能耗分析

在果蔬輸送過程中，能耗是評價環(huán)形射流泵性能的重要指標(biāo)。環(huán)形射流泵水功率Pw（輸入功率）可由式（6）計算。由此可以得到輸送單位質(zhì)量果蔬消耗的能量即單位質(zhì)量能耗Ep。

式中Pw為水功率，kW；Ep為單位質(zhì)量能耗，kJ/kg。

圖8所示為面積比3，輸送高度1.75 m時不同流量比下的水功率和不同果蔬的單位質(zhì)量能耗。隨著流量比的增加，水功率隨著流量比的增加而增加，這是因為工作流體流量和工作流體壓力都會隨流量比的增加而增加。從單位質(zhì)量能耗的角度，4種果蔬的變化趨勢大致相似，在一定的流量比范圍內(nèi)，單位質(zhì)量能耗變化不大，但在較高的流量比時，單位質(zhì)量能耗有較大升高，這是因為高流量比時環(huán)形射流泵出現(xiàn)的空化現(xiàn)象會導(dǎo)致泵的性能下降。

圖8 不同流量比下的水功率和單位質(zhì)量能耗Fig.8 Hydraulic power and energy consumption per unit mass under different flow ratios

2.4 果蔬損傷

在試驗過程中，每個工況的試驗均采用新鮮無損的果蔬，對比試驗前后果蔬的狀態(tài)，如圖9a所示，馬鈴薯出現(xiàn)了表皮破損的情況，出現(xiàn)損傷的原因可能是馬鈴薯在輸送過程中與泵內(nèi)或管道內(nèi)壁面或者是管道連接處的臺階碰撞，圖9b展示了馬鈴薯的碰壁現(xiàn)象。胡蘿卜也出現(xiàn)了表皮破損的情況，胡蘿卜在管道中運(yùn)動時，會相對于管道軸線擺動，且可能與管道連接處的臺階碰撞，當(dāng)胡蘿卜以較快的速度碰撞時則可能對其造成較大的損傷，故為了減少果蔬的損傷，應(yīng)采用全程光滑的管道。在輸送圣女果和金桔的過程并沒有發(fā)現(xiàn)其表面有明顯的損傷，只有少量的圣女果有掉蒂現(xiàn)象。

圖9 果蔬的損傷情況Fig.9 Damage of fruits and vegetables

為了衡量馬鈴薯和胡蘿卜在輸送后的損傷程度，進(jìn)行了果蔬損傷試驗，試驗步驟為：1）將馬鈴薯和胡蘿卜用清水洗凈，并用吸水紙將表面水分吸干，然后置于干燥處2 min待其表面水分充分揮發(fā)，然后用電子秤分別測量馬鈴薯和胡蘿卜的質(zhì)量；2）調(diào)整環(huán)形射流泵的工況，待工況穩(wěn)定后將馬鈴薯和胡蘿卜投入入口溜槽進(jìn)行輸送，輸送完成后進(jìn)行回收；3）將回收的馬鈴薯和胡蘿卜用吸水紙將表面水分吸干，然后置于干燥處2 min待其表面水分充分揮發(fā)，然后用電子秤分別測量馬鈴薯和胡蘿卜的質(zhì)量；4）測量馬鈴薯和胡蘿卜的損傷面積，由于損傷表面的不規(guī)則，測量時將損傷表面簡化為矩形或者圓形，測量其特征尺寸即可，同理，測量馬鈴薯和胡蘿卜的整體表面積時簡化為圓柱形，只測量其特征尺寸。試驗步驟中輸送前將果蔬洗凈是為了避免輸送過程果蔬表面泥土等雜質(zhì)脫落對試驗結(jié)果的影響，輸送前后均用吸水紙將其表面水分吸干是為了避免輸送過程中果蔬吸收水分對試驗結(jié)果的影響。

表2給出了在面積比為3、輸送高度為2.15 m時果蔬的損傷試驗結(jié)果。試驗結(jié)果表明，馬鈴薯在輸送過程中存在質(zhì)量損失和表面破損，試驗中馬鈴薯和胡蘿卜的最大質(zhì)量損失率分別為0.13%和0.21%，最大表面損失率為0.68%和1.20%。

表2 果蔬損傷試驗Table2 Damage test of fruits

3 結(jié) 論

入口結(jié)構(gòu)對于輸送性能具有很大的影響，本文中設(shè)計的入口溜槽能夠顯著地提高果蔬的輸送性能；在相同的面積比和輸送高度下，環(huán)形射流泵的輸送能力隨著工作流體流量的增加而增大，其原因是被吸流體流量和壓力隨著工作流體流量的增大而分別增大和減小從而提升了吸入口的卷吸能力。在相同的工況下，環(huán)形射流泵輸送橢球形的果蔬的能力要大于輸送長條形果蔬的能力；輸送密度較大的果蔬的能力要大于輸送密度較小的果蔬的能力。

在相同的面積比和工作流體流量下，環(huán)形射流泵的輸送能力隨著輸送高度的升高而降低，其原因是被吸流體流量和壓力隨著輸送高度的升高而分別減小和升高從而導(dǎo)致卷吸能力減弱。環(huán)形射流泵輸送馬鈴薯、胡蘿卜、圣女果、金桔的最大輸送能力分別為3 038.13、2 158.83、2 302.92、1 949.50 kg/h。果蔬輸送過程中低流量比時單位質(zhì)量能耗較低，高流量比時單位質(zhì)量能耗較高。馬鈴薯和胡蘿卜在輸送過程中均出現(xiàn)了表面損傷的情況，損傷原因是與管道或泵內(nèi)壁或者管道臺階處碰撞，馬鈴薯和胡蘿卜的最大質(zhì)量損失率分別為0.13%和0.21%，最大表面損失率為0.68%和1.20%，圣女果和金桔在所有工況沒有損傷。

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Experiment on using modified annular jet pump to deliver different fruits and vegetables

Long Xinping, Zou Jialin, Xu Maosen, Zuo Dan, Long Yun, Wang Jiong
(1.Key Laboratory of Hubei Province for Waterjet Theory and New Technology(Wuhan University), Wuhan430072, China; 2.School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan430072, China)

With the development of agricultural industry, the requirement of fruits and vegetables conveying is increasing, the traditional way of gradually conveying fruits and vegetables cannot satisfy demand. As a result, the improvement or innovation of the way of fruits and vegetables conveying is particularly important. Compared with the traditional way of fruits and vegetables conveying, the use of annular jet pump (AJP) for fruit and vegetable conveying have the advantages of nondestructive, reliable, fast and strong adaptability, etc. In this study, we conducted experiments to search the performance of annular jet pump with the throat diameter of 60 mm and area ratio in 1.75 and 3 to measure its transmission capacity for transporting different fruits and vegetables (potato, carrot, cherry tomato and kumquat) under different conditions. We also analyzed the effect of various factors (flow, head, and fruit and vegetable species) on the transmission capacity, recorded and analyzed the damage in the process of conveying fruits and vegetables. Considering the characteristics of the fruits and vegetables conveying, a conical net tube was used to centralize fruits and vegetables with extremely low possibility of mechanical damage and the lift of AJP was used to control the outlet pressure instead of the outlet tube valve, which avoided potential mechanical damage on fruits and vegetables. Based on the experiments, we demonstrated the impacts of flow ratio and the lift of AJP, as well as different fruits and vegetables on the capacity in fruits and vegetables conveying. The experimental results show that: 1) the maximum transmission capacity of potato, carrot, cherry tomato and kumquat were 3 038.13, 2 158.83, 2 302.92, 1 949.50 kg/h, respectively. The performance of transmission capacity of four fruits and vegetables changes with flow ratio was similar. The transmission capacity increased with the increase of flow ratio under the same area ratio and lift of AJP because the secondary flow rate increased and pressure decreased. Energy consumption per unit mass changed little under small flow ratio but increased sharply under big flow ratio when the hydraulic power continuously increased; 2) the transmission capacity decreased with the increase of lift of AJP under the same flow ratio and area ratio because the secondary flow rate decreased and pressure increased; 3) conveying fruits and vegetables with ellipsoid shape was easier than fruits and vegetables with elongated shape, conveying fruits and vegetables with large density was easier than fruits and vegetables with low density; 4) there was no damage in the process of conveying cherry tomatoes and tomatoes when there were scratches on the surface of the potatoes and carrots. The maximum mass loss rates were 0.13% and 0.21% and the maximum surface loss rates were 0.68% and 1.20% for potatoes and carrots, respectively. Consequently, the main contribution of our work was to demonstrate the influence of flow ratio,H,and different fruits and vegetables on the transportation of fruits and vegetables and to discuss the potential damage risks caused by operation conditions for fruits and vegetables in the AJP. More importantly, the present paper proves the potential of AJP for fruits and vegetables conveying and provides references for the optimization of AJP, which aims to minimize the fruits and vegetables damage rate and improve the transportation capacity of fruits and vegetables.

pumps; crops; experiments; annular jet pump; fruits and vegetables conveying; transmission capacity; damage

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.005

S233.4

A

1002-6819(2017)-07-0036-07

2016-09-01

2017-04-08

國家自然科學(xué)基金資助項目（51179134，11472197）

龍新平，男，湖北監(jiān)利人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事流體噴射技術(shù)，泵與泵裝置的優(yōu)化運(yùn)行研究。武漢 水射流理論與新技術(shù)湖北省重點實驗室(武漢大學(xué))，430072。

Email：xplong@whu.edu.cn