عنوان
طراحي و توسعه غربال استوانه‌اي دوار به عنوان سيستم تميزكننده گندم كوبيده شده با استفاده از شبيه‌سازي CFD- DEM
نويسنده اصلي
صفري حسين‌آبادي، كامران
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك بيوسيستم
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
محصولات كشاورزي منبع اصلي ذرات زيستي بوده كه در شكل، اندازه، چگالي و ساير خصوصيات فيزيكي و مكانيكي متفاوت مي‌باشند. در برداشت گندم سه قسمت اصلي برداشت شده گياه عبارتند از دانه، كاه و كوزل. محصول برداشت شده مي‌تواند شامل قسمت‌هاي ديگري مانند بذر علف هرز، خاك و ديگر بافت‌هاي گياهي غير از محصول اصلي نيز باشد. سه شاخص نسبت تميزي، نرخ تلفات و بازده از شاخص‌هاي مهم جداسازي دانه از مواد غيردانه (MOG) در ارزيابي كمباين ها به شمار مي‌روند. امروزه بهبود طراحي و بهينه سازي سامانه هاي تميزكننده به يك نياز مبرم در صنعت تبديل شده است. روش اجزاي گسسته (DEM) يك تكنيك شبيه‌سازي عددي رايج و قدرتمند براي پيش‌بيني و مدلسازي جريان مواد گسسته بر اساس قوانين حركت نيوتن است. مدل‌هاي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) نيز براي تحليل ويژگي‌هاي جريان سيال مورد استفاده قرار مي‌گيرند تا رفتار آئروديناميكي را پيش‌بيني كنند. غربال استوانه‌اي دوار با يك ساختار استوانه‌اي شكل ساده داراي ويژگي‌هاي ساخت نسبتا ساده، وزن سبك، ارتعاش كم، كاركرد آسان و مصرف انرژي كم در مقايسه با ساير سيستم‌هاي جداسازي مواد مي‌باشد و به طور گسترده در عمليات غربال‌گري و درجه‌بندي استفاده مي‌شود. در اين پژوهش با هدف درك بهتر حركت پديده‌هاي ميكروسكوپي در طول فرآيند جداسازي دانه گندم از مواد غيردانه‌اي و همچنين بررسي اثر پارامترهاي متفاوت طراحي شامل سرعت جريان هوا، شيب غربال و سرعت دوراني غربال بر شاخص¬هاي عملكردي غربال استوانه‌اي دوار از شبيه سازي عددي به روش جفت كردن CFD-DEM بهره برده شد. با طراحي و ساخت يك غربال استوانه‌اي دوار صحت‌سنجي نتايج حاصل از مرحله شبيه‌سازي انجام شد. با توجه به اندازه اجزاي گندم درو شده فاصله روزنه‌ها، قطر روزنه‌ها، طول و قطر غربال استوانه‌اي به ترتيب 3، 11، 700 و 300 ميلي‌متر انتخاب شد. براي شبيه‌سازي سامانه تميزكننده ابتدا هندسه مربوط به غربال استوانه‌اي و حوزه دامنه جريان هوا توسط محيط مدلسازي SpaceClaim در نرم افزار Ansys Workbench ايجاد شد. سپس براي ايجاد شبكه محاسباتي و تعيين شرايط مرزي متناسب به فيزيك جريان هوا، هندسه توليد شده به محيط Ansys Meshing منتقل شد. پس از گسسته‌سازي حوزه سيال و انتخاب تعداد شبكه مناسب، مسئله به نرم افزار Ansys Fluent انتقال پيدا كرد. براي شبيه‌سازي ذرات در سامانه تميزكننده از نرم افزار Rocky DEM استفاده شد. مدل دانه گندم و كوزل به كمك اسكن سه بعدي ايجاد شد. ذرات كاه در نرم افزار به عنوان يك Straight fiber ترسيم شد. سپس خواص فيزيكي و مكانيكي غربال، مجراي ورود هوا، گندم، كاه و كوزل تعريف شد. با توجه به تغييرات نرخ تلفات، گام زماني 00045/0 ثانيه براي حل مسئله انتخاب شد. در نهايت كوپل دو نرم افزار در محيط Ansys Workbench انجام شد. پس از انجام شبيه‌سازي‌ها، آزمايش‌هاي اعتبارسنجي با گندم كوبيده شده كه درصد جرمي و مشخصات فيزيكي اجزاي آن با شبيه‌سازي‌ها يكسان بود، انجام شد. نتايج نشان داد سرعت جريان هوا تاثير معناداري بر هر سه شاخص نسبت تميزي، نرخ تلفات و بازده داشت. همچنين اثر شيب غربال بر نسبت تميزي معنادار بود. اثر سرعت دوراني غربال بر نسبت تميزي و بازده نيز معنادار گزارش شد. با مقايسه نتايج تجربي با نتايج شبيه‌سازي، ميانگين مقادير درصد خطا براي نسبت تميزي و بازده كمتر از 5 درصد و براي نرخ تلفات برابر با 69/7 درصد بدست آمد. براي رسيدن به بيشينه نسبت تميزي و بازده و كمينه نرخ تلفات به ترتيب برابر با 45/85، 87/86، 91/1 درصد، بايد شيب، سرعت جريان هوا و سرعت دوراني غربال برابر با 9/3 درجه، 4/18 متر بر ثانيه و 3/22 دور بر دقيقه باشد.
شماره ركورد
233415
گرايش رشته تحصيلي
طراحي و ساخت
دانشكده
مهندسي كشاورزي
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان