МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ SOLIDWORKS FLOW SIMULATION Попов А.Ю.

Ростовский государственный университет путей сообщения


Номер: 3-3
Год: 2017
Страницы: 74-77
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

высевающий аппарат, аэродинамика, избыточное давление, семена, выступ, модель, воздушный поток, распределение, the sowing device, aerodynamics, overpressure, seeds, a protuberances, model, an air flow, distribution

Научная статья

Аннотация к статье

В статье представлена модель распределения воздушного потока в семенной камере пневматического высевающего аппарата избыточного давления с учетом вращения высевающего диска. Приведен алгоритм построения аэродинамической модели в среде Solidworks Flow Simulation. Определены критерии сходимости расчета, начальные и граничные условия численного 3D моделирования. Построены сравнительные графики изменения величины скорости воздушного потока в верхней части семенной камеры. Проведен анализ разработанной аэродинамической модели высевающего аппарата избыточного давления.

Текст научной статьи

Введение. Аэродинамика систем дозирования пропашных культур, и в частности, распределение воздушного потока, его скоростей или давления, малоизучена. Большинство исследований аэродинамических процессов сводится либо к аналитическому изучению процессов дозирования, на основе построения математических моделей, либо к эмпирическим исследованиям, устанавливающих зависимость параметров дозирования семян от различных факторов, в том числе и аэродинамических [1-4]. Но в тех и других случаях аэродинамические показатели воздушного потока и параметры элементов высевающих систем находятся в неявном, промежуточном виде. Это связано со сложностью аэродинамических процессов и множеством факторов конструктивного характера, возникающих в замкнутом пространстве семенной камеры высевающего аппарата. Кроме того, большинство научных исследований не раскрывают полной картины процесса дозирования семян, в особенности, что касается характера распределения потоков воздуха внутри семенной камеры высевающего аппарата избыточного давления. Поэтому, исследование и моделирование процессов распределения воздушного потока внутри семенной камеры высевающего аппарата является актуальной задачей. В связи с развитием программной и аппаратной базы вычислительной техники и возможности проведения численного пространственного моделирования потоков воздуха, возникла возможность использовать компьютерное моделирование на основе численных методов расчета в качестве начального метода исследования аэродинамических процессов внутри семенной камеры высевающего аппарата. Объект исследования. В качестве объекта исследования был рассмотрен высевающий аппарат избыточного давления, принцип работы которого приведен в предыдущих работах [5, 6]. Особенностью данного аппарата является применение дополнительных конструктивных элементов - транспортного канала в корпусе аппарата и выступов высевающего диска [7]. Методы исследования. Компьютерное моделирование распределения воздушного потока в семенной камере высевающего аппарата осуществлялось с помощью программного модуля Solidworks Flow Simulation, который предназначен для решения прикладных задач газовой динамики. В Solidworks Flow Simulation движение и теплообмен текучей среды рассчитывается на основе уравнений Навье-Стокса. Ими моделируются турбулентные, ламинарные и переходные течения. Алгоритм построения аэродинамической модели аппарата включал в себя следующие этапы: 1) разработка 3D-модели высевающего аппарата; 2) определение области расчета; 3) задание локальной области вращения; 4) установка граничных условий; 5) построение исходной расчетной сетки и определение параметров ее адаптации по решению и по граничным условиям; 6) задание поверхностных целей; 7) проведение расчета и оценка точности расчета методом сходимости по сетке; 8) визуализация результатов расчета. Для проведения аэродинамического расчета были определены следующие начальные условия: в качестве текучей среды выбран воздух; температура окружающей среды - 20°С; остальные параметры взяты по умолчанию. Определены следующие граничные условия модели: объемный расход воздуха на входе в сопло высевающего аппарата принят 12 л/с; давление окружающей среды установлено 101325 Па. В качестве критериев сходимости расчета приняты статическое давление на внутренней поверхности стенок высевающего аппарата и объемный расход на выходе через отверстия дозирующих элементов высевающего диска. В связи с установленными выступами на диске возникает вентиляторный эффект. Поэтому построение аэродинамической модели высевающего аппарата проводилось с учетом вращения высевающего диска. Для этого, согласно документации вычислительного комплекса, высевающий диск с выступами был назначен вращающейся областью, путем задания локальной области вращения. Локальная области вращения представляет собой вращающуюся систему координат, в которой тела неподвижны. Скорость его вращения составила 30 об/мин. После определения условий расчета был смоделирован процесс движения воздушного потока в семенной камере высевающего аппарата. Входным отверстием в модели принято сопло сбрасывателя лишних семян. В качестве выходных отверстий приняты отверстия высевающего диска. Результаты расчета. В результате проведенного расчета были построены изолинии скорости воздушного потока в продольно-вертикальной и фронтальной плоскостях сечения высевающего аппарата, представленные на рисунке 1. Рис. 1. Распределения скоростей воздушного потока в продольно-вертикальной и фронтальной плоскостях сечения высевающего аппарата Кроме того, модель Solidworks Flow Simulation позволяет не ограничиваться представленными плоскостями, а варьировать ими в различных направлениях. Для подробного анализа распределения воздушного потока, были построены графики изменения величины скорости воздушного потока (рисунок 2) в верхней зоне семенной камеры аппарата на различных расстояниях от центра высевающего диска по дугам, концентричным отверстиям дозирующих элементов. При этом измерение скорости воздушного потока проводилось в плоскости параллельной фронтальной поверхности диска со смещением на 5 мм. По оси абсцисс отложены расстояния по дугам, концентричным окружностям центров дозирующих элементов (график 1) и наибольшим (график 2) и наименьшим (график 3) радиусам окружностей стенок выступов. Рис. 2. Изменение скорости воздушного потока в верхней зоне семенной камеры Проанализировав изолинии и графики распределения воздушного потока можно сделать следующие выводы. Скорость воздушного потока изменяется в пределах 0,2-16,6 м/с. Резкое падение величины скорости воздушного потока до нуля на графике 2, объясняется попавшими в зону измерения выступами и семенами, удерживаемыми у отверстия дозирующего элемента. При этом максимальная по величине скорость наблюдаются на графике 1, то есть по окружности центров отверстий дозирующих элементов. А минимальная скорость на графике 3, по окружности стенок выступов с наименьшим радиусом. На графике 2 скорость изменяется в пределах 7,7-12,3 м/с, на графике 3 - в пределах 1,2-7,9 м/с. Данной скорости воздуха недостаточно для сброса лишних семян, находящихся в рассматриваемых зонах графиков 2 и 3, что ухудшает работу пневматического сбрасывателя и повышает количество двухщтучных, трехштучных подач и подач более высокого порядка. Выводы. В результате проведенного исследования с помощью программного модуля Solidworks Flow Simulation была разработана модель распределения воздушного потока в семенной камере высевающего аппарата с учетом вращения высевающего диска. Было определено распределение скорости воздушного потока и построены сравнительные графики изменения величины скорости воздушного потока на различных расстояниях от центра высевающего диска. На основе построенной компьютерной модели аэродинамики высевающего аппарата можно проводить дальнейшее совершенствование и модернизацию высевающих аппаратов данного типа.

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.