[發明專利]一種風力吹送式清土起藤機工作過程的耦合仿真建模方法

在審

• 申請號: 201910698045.3
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110516307A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 楊啟志;施雷;杜光雨;施愛平;李雯;賈翠平;胡旭
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種風力吹送式清土起藤機工作過程的耦合仿真建模方法，包括以下步驟：構建風力吹送式清土起藤機模型、構建EDEM仿真土壟、設定EDEM?Fluent耦合方法和清土過程仿真；本發明利用流體計算軟件FLUENT對風場進行模擬，利用在土壤顆粒工程中有廣泛應用的離散元軟件EDEM對土體進行模擬，解決了目前在葡萄藤起藤、清土領域常用的離散元軟件不能建立網格模擬風場和有限元軟件不能有效模擬出土壤的離散特性等問題。根據EDEM?Fluent的模擬仿真，得到風場與土體之間相互影響的數據。在EDEM中觀察土體在風力作用下的破裂程度，同時計算土壤顆粒的速度和位置等信息，精確預判顆粒的落點。在FLUENT中計算每個網絡中包含的顆粒體積分數，以及流體速度大小。

技術領域

本發明屬于葡萄清土起藤技術的數值模擬分析領域，一種風力吹送式清土起藤機工作過程的耦合仿真建模方法。

背景技術

由于中國北方葡萄種植主產區氣候寒冷干燥，葡萄藤會遭受早晚霜凍等周期性的凍害，每當冬季來臨之際，為了避免葡萄藤出現風干或凍傷現象，一般將葡萄藤放倒之后用土掩埋起來，待冬季結束之后將土清除干凈。風力吹送式清土機是一種利用風力清土的裝置，清土效果好且不傷藤，因此，對風力吹送式清土起藤機工作參數的分析、研究十分有意義。

目前，在清土起藤機設計時，獲得工作參數的方法主要有經驗公式法、實驗室研究、現場測試等方法。利用經驗公式法計算風量、風壓、風口大小等參數，由于考慮的因素較少，計算結果存在很大的偏差。而試驗研究和現場測試等方法，一方面受到傳感器技術的限定，使得到的結果不夠精確，另一方面，在物理試驗上，需要花高成本構建物理樣機，且實驗周期較長，降低了產品的開發效率。

與傳統的基于物理試驗得到工作參數的方法相比，采用仿真的手段，利用有限元分析法與離散元素法交互仿真，不僅能夠得到較精確的工作參數，而且采用仿真模型替代傳統設計開發模式下的物理樣機模型，降低了產品的開發成本，縮短了產品的開發周期。同時，利用仿真的手段，模型參數修改方便，能夠實現設計的多樣化，有利于產品的優化設計。

風力吹送式清土起藤機的工作環境，是典型的氣固兩相流運動。目前對于氣固兩相流的描述模型主要有歐拉-拉格朗日模型和歐拉-歐拉雙流體模型。其中，歐拉-拉格朗日模型主要應用于稀相流，歐拉-歐拉雙流體模型用于濃相流。但是由于土壤顆粒場本身的不連續性，采用上述模型方法得到的模擬結果與實際情況存在一定的偏差。計算流體力學—離散單元(CFD-DEM)法是近年來新發展起來模擬兩相流的方法。該方法主要是利用DEM模型建立固體顆粒體系的參數化模型，描述顆粒間的碰撞、團聚等特征，并結合CFD在處理氣相流場方面的優勢，能夠有效地提高數值求解的計算效率和精度。

在葡萄藤清土起藤領域，沒有一個完整的分析風力清土過程的理論體系，這給風力吹送式清土機的研究造成了很大困難。目前軟件只能模擬單一土體或者流體，運用EDEM-FLUENT耦合的方法對流體和土體進行模擬，在流固耦合方面有著很大的優勢。申請號為201910193703.3的中國專利，采用EDEM-Fluent耦合方法對漿液與土體的注漿過程進行仿真，模擬漿液在土體中的流動過程，但是方法無法模擬風場對土壟的清土過程。

發明內容

本發明提供一種風力吹送式清土起藤機工作過程的耦合仿真建模方法，對風力吹送式清土起藤機的工作狀態進行仿真，模擬風場對土體的作用，模擬顯示風在土體周圍的擴散狀態以及土壤顆粒隨風力輸送運動的情況，為新型風力吹送式葡萄清土起藤機的設計提供理論設計參數。本發明不僅僅降低了傳統制造樣機產品的開發成本，縮短了產品的開發周期，而且還提出了新的利用離散元-有限元軟件耦合仿真分析風力吹送式葡萄清土起藤機工作動力學的方法，填補了分析葡萄藤清土起藤領域氣-固耦合仿真的空白。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種風力吹送式清土起藤機工作過程的耦合仿真建模方法，包括以下步驟：

構建風力吹送式清土起藤機模型：