水稻芽種排種器充種和投種過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真分析.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物。全世界水稻播種面積約占谷物總面積的23％，稻谷總產(chǎn)量約占谷物總產(chǎn)29％；水稻也是我國(guó)最主要的糧食作物之一，根據(jù)國(guó)家糧油信息中心的有關(guān)資料：我國(guó)2004年稻谷播種面積約為2823萬(wàn)公頃，稻谷總產(chǎn)量約為1770億公斤，平均單產(chǎn)為6300公斤/公頃(即420公斤/畝)，遠(yuǎn)高于目前世界水稻平均畝產(chǎn)量193公斤的水平。進(jìn)一步提高我國(guó)水稻的單產(chǎn)及總產(chǎn)量將對(duì)全球水稻生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展和世界糧食的安全問(wèn)題，具有十分重要的意義。

2、 提高水稻單產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施是提高水稻種植機(jī)械化水平，即采用先進(jìn)的種植技術(shù)。水稻種植機(jī)械化包含水稻育秧栽植機(jī)械化和直播機(jī)械化兩種方式。從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、土地生產(chǎn)率、節(jié)約成本、節(jié)水、提高水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化來(lái)考慮，水稻直播是較理想的種植技術(shù)。在水稻直播生產(chǎn)中，發(fā)展較快的是水稻芽谷直播技術(shù)，它有許多優(yōu)點(diǎn)：①種子發(fā)芽后，提高了抵御低溫的能力，芽播成活率比非芽播高，并且減少了在土壤中的吸水過(guò)程，可早出苗；②經(jīng)過(guò)發(fā)芽過(guò)程，可挑出壞種子，出苗率

3、高；③芽播可以縮短生長(zhǎng)期，減少栽植前育苗、栽植后緩苗的過(guò)程，降低了成本。由此可見(jiàn)，水稻直播是一種簡(jiǎn)單的種植方式，投資少，效益高，操作方便，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，它是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大改革，其發(fā)展具有廣闊的前景。 精密播種是指作物的種子按農(nóng)藝要求所規(guī)定的行距、粒距、播種深度、以單粒準(zhǔn)確地播入土壤中。精密播種是提高糧食單產(chǎn)的一項(xiàng)現(xiàn)代化綜合性技術(shù)措施。精密排種器是精密播種機(jī)的關(guān)鍵部件，其作用是把種室內(nèi)的種子按設(shè)計(jì)要求定時(shí)、單粒排出，衡量

4、其性能高低的一個(gè)重要指標(biāo)是播種均勻性。精密排種器按排種原理分為機(jī)械式和氣力式兩大類(lèi)，氣力式排種器對(duì)種子幾何尺寸要求不嚴(yán)、不需要精選分級(jí)，易實(shí)現(xiàn)單粒點(diǎn)播，可快速更換排種元件以適應(yīng)不同的作物、適應(yīng)較高的作業(yè)速度且種子損傷率小的特點(diǎn)，是高速排種器的發(fā)展方向。 氣吸式排種器是一種先進(jìn)的排種裝置，以其特有的優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。主要用于播種中耕作物，而用于水稻芽播則很少見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。本文針對(duì)垂直圓盤(pán)氣吸式排種器的充種和投種過(guò)程進(jìn)行了大量的研究

5、。 首先，建立了對(duì)排種器進(jìn)行性能檢測(cè)的試驗(yàn)裝置，主要包括PSJ型排種器性能實(shí)驗(yàn)機(jī)、水稻芽播精密排種器、氣力系統(tǒng)、壓力監(jiān)測(cè)板等等。 其次，介紹了試驗(yàn)用垂直圓盤(pán)氣吸式排種器的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理；依照工作方式，將排種器劃分為的充種區(qū)、攜種區(qū)和投種區(qū)，對(duì)在各個(gè)區(qū)域中被吸附種子的受力情況進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，提出吸孔吸附種子的條件，并由此推導(dǎo)出種子能被吸附并隨之運(yùn)動(dòng)的臨界真空度的大小。根據(jù)種子在不同區(qū)域的受力分析結(jié)果，認(rèn)為影響水稻芽

6、播氣吸式排種器工作性能的因素主要有吸室真空度、排種盤(pán)上吸孔的孔徑、孔數(shù)、排種盤(pán)轉(zhuǎn)速、水稻芽種的物料特性等。 本文利用流體工程仿真軟件FLUENT對(duì)水稻芽播精密排種器的充種過(guò)程和投種過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真分析，對(duì)如何利用FLUENT軟件建模、網(wǎng)格劃分和設(shè)置邊界條件等進(jìn)行了詳盡的描述，并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，吻合較好，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可行性。數(shù)值分析結(jié)果表明，運(yùn)用FLUENT軟件可有效的模擬吸室內(nèi)的流場(chǎng)，模擬種子運(yùn)動(dòng)軌跡，并可得

7、到吸室速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)及種子的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度的分布情況等，即獲得用試驗(yàn)方法所不能得到的流場(chǎng)細(xì)節(jié)信息，這將有助于排種器性能分析，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 為了改善水稻垂直圓盤(pán)氣吸式排種器的排種性能，找到影響其排種均勻性的因素，在試驗(yàn)中采用了高速攝像技術(shù)監(jiān)測(cè)排種器的投種過(guò)程。通過(guò)分析高速攝像技術(shù)采集到的投種過(guò)程圖片，觀察到種子被吸種孔吸附時(shí)的三種姿態(tài)，并得到在各種姿態(tài)下的種子運(yùn)動(dòng)軌跡；對(duì)投種過(guò)程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，分析結(jié)果表明，由于投種