水稻插秧机浮板绕流场数值模拟分析及防壅结构优化

【摘要】水稻是我国重要的粮食作物，水稻生产机械化是现代农业发展的重要方面，而水稻插秧机是水稻种植过程中实现机械化的主要设备。水稻插秧机在水田行驶过程中，会因为浮板受阻力而产生壅泥壅水的现象，大量浮泥涌向两侧，推倒已栽好的秧苗，严重影响插秧质量和插秧进程，从而降低插秧效率。因此，解决水稻插秧机的壅泥问题刻不容缓。为解决此问题，改善浮板产生的壅泥情况，本文基于浮板绕流场数值模拟分析进行防壅结构优化，对缓解壅泥产生及提高水稻插秧机的工作效率具有重大意义。本文以整体式浮板为研究对象，理论分析浮板在水田航行中的受力情况，并找到影响浮板行驶阻力的结构要素，其中具体分析了导流角对总阻力的影响情况。建立带自由表面浮板粘性绕流场的数学模型，详细阐述了求解该模型的数值计算方法，使用流体体积法（VOF）。运用FLUENT软件对整体式浮板进行三维瞬态数值模拟仿真分析，得到速度、压强、阻力、自由面波形及水气两相图等流场分布情况。通过分析数值模拟结果找到产生壅泥的主要部位及原因，由此提出浮板的防壅结构优化方案，并分别进行绕流场数值模拟。通过改变挡板角度、导流角、过渡点高度、前端侧切角、入流角、侧挡板高度、下反角、尾板结构和局部倒角，分别取得每组优化方案的相关最佳性能，并依此进行对比，观察每组优化方案的降阻值和防壅效果。最终最佳结构产生的总阻力较原始模型降低36.874%，观察流场分布情况也可看出防壅效果明显，从而很好地改善了水稻插秧机的壅泥现象。另外，又对分开式浮板防壅结构优化方案进行研究，将主、侧浮板横向位置相对固定，分析纵向位置关系对防壅效果的影响。本文针对两种不同浮板的防壅结构优化方案，可以很好改善水稻插秧机浮板的壅泥现象。
【作者】王婷婷；
【导师】尚涛；
【作者基本信息】吉林大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】浮板；绕流场；数值模拟；防壅；

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