張德俊， 張小明， 吳荻， 林蜀云， 張?zhí)A， 徐衛(wèi)平*

（1.貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550001； 2.貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，貴陽(yáng) 550007）

辣椒產(chǎn)業(yè)是貴州最具代表性的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一，是貴州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)支柱，同時(shí)，也是農(nóng)民脫貧、創(chuàng)業(yè)增收的重要途徑[1]。2020 年，貴州省辣椒種植面積36.3 hm2，產(chǎn)量724 萬(wàn)t，產(chǎn)值242億元,生產(chǎn)、加工、銷售規(guī)模居全國(guó)首位，貴州正從“辣椒大省”向“辣椒強(qiáng)省”邁進(jìn)[2]。由于貴州山區(qū)辣椒種植面積大、田間地塊小及人工收獲成本高等問題，設(shè)計(jì)并制造了山地自走式履帶辣椒收獲機(jī)，通過機(jī)收降低了人工收獲成本，但機(jī)收的辣椒含雜率較高，果實(shí)清選問題亟待解決。目前，谷物、花生等農(nóng)產(chǎn)品已有成熟的風(fēng)選設(shè)備并投入應(yīng)用，辣椒收獲機(jī)上雖然設(shè)有風(fēng)選裝置，但參數(shù)的選擇主要是憑經(jīng)驗(yàn)，辣椒風(fēng)選效果不好。

清選方式一般有兩種：一種是氣流清選，主要是利用混合物的不同懸浮性質(zhì)；另一種是利用氣流和振動(dòng)篩的聯(lián)合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)清選。氣流清選是以空氣為主要作用介質(zhì)，在氣流的作用下，根據(jù)顆粒密度和顆粒大小對(duì)各種顆粒材料進(jìn)行空氣分選的過程，基本原理為通過氣流將較輕的顆粒水平的吹向遠(yuǎn)處，而較重的顆粒吹到近處[3]。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，離散元法（discrete element method，DEM）和計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）在風(fēng)選設(shè)備的分析中應(yīng)用廣泛。敬志臣等[4]通過Fluent 軟件對(duì)小麥進(jìn)行研究，采用旋風(fēng)分離筒對(duì)分離過程進(jìn)行仿真分析；李興凱等[5]利用EDEM（extended DEM）軟件對(duì)小區(qū)小麥聯(lián)合收割機(jī)的脫粒機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。使用CFD 技術(shù)可以模擬氣流場(chǎng)，使用DEM 可以模擬粒子碰撞和接觸過程。但是，它們只能以單一方式模擬清選過程，不能準(zhǔn)確、全面地反映風(fēng)選室中作物在氣流、容器壁和顆粒碰撞接觸作用下的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，DEM-CFD 耦合模擬技術(shù)將氣流場(chǎng)、風(fēng)選室和顆粒作為整體系統(tǒng)進(jìn)行研究，可以準(zhǔn)確分析出風(fēng)選過程。張鳳奎等[6]利用CFDDEM 耦合方法研究了紅棗的負(fù)壓氣吸拾撿仿真并進(jìn)行了分析；郭柄江等[7]通過EDEM 與Fluent 耦合方法研究了谷物風(fēng)選，采用氣吹與風(fēng)篩組合的風(fēng)選方式，不同風(fēng)速參數(shù)下稻米清選裝置工作性能的指標(biāo)通過風(fēng)選后稻米損失率和含雜率來(lái)進(jìn)行衡量；丁賀賀等[8]通過DEM-CFD 耦合方法研究了谷物在垂直氣流吹氣下的仿真分離。因此，針對(duì)辣椒收獲機(jī)收獲的辣椒含雜率比較高的問題，設(shè)計(jì)了一種辣椒清選分離裝置，采用DEM-CFD耦合方法，對(duì)朝天椒風(fēng)選（吹氣式）分離過程進(jìn)行模擬仿真，旨在為設(shè)計(jì)及優(yōu)化辣椒收獲機(jī)的辣椒風(fēng)選分離裝置提供參考。

1 材料與方法

1.1 風(fēng)選裝置、原理及阻風(fēng)效應(yīng)

1.1.1風(fēng)選裝置 辣椒風(fēng)選分離裝置由進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)料口、清選室、出口Ⅰ、出口Ⅱ、出口Ⅲ組成，模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。使用SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件建模，將風(fēng)選裝置模型輸出為XT 格式并導(dǎo)入ICEM CFD 網(wǎng)格劃分軟件中，添加進(jìn)風(fēng)口、物料入口、辣椒出口Ⅰ、辣椒莖稈及辣椒葉出口Ⅲ，設(shè)置完成后劃分網(wǎng)格如圖2所示。

圖1 風(fēng)選裝置Fig. 1 Wind-sorting device

圖2 風(fēng)選裝置網(wǎng)格Fig. 2 Grid of wind sorting device

1.1.2風(fēng)選原理 在水平清選氣流中，4 種力作用于物料顆粒，即水平風(fēng)力FD、重力FG、阻力FR和浮力F′（圖3）?？諝饷芏群艿停锪项w粒的體積也很小，因此相應(yīng)的浮力F′很小，對(duì)氣流中其他物料顆粒的徑向運(yùn)動(dòng)速度影響不大，所以浮力F′可以忽略，因此，垂直方向上合力FGr與水平風(fēng)力FD的合力等于F，合力F與風(fēng)力FD的夾角為β。此時(shí)，物料顆粒沿合力F方向運(yùn)動(dòng)，軌跡大致呈拋物線。物料顆粒的最大運(yùn)動(dòng)距離與夾角β的值有關(guān)：夾角β越小，物料顆粒運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)，夾角β越大，顆粒運(yùn)動(dòng)距離越近。其中，Va為平均風(fēng)速，V0為顆粒沉降速度，V為顆粒在合力作用下整體的速度。

圖3 水平氣流中的顆粒受力分析Fig. 3 Force analysis of particles in horizontal airflow

顆粒沉降速度V0可表示如下[9]。

式中，d為顆粒的粒子直徑，mm；ρs為顆粒密度，kg·m-3；ρ為風(fēng)選的氣流密度，kg·m-3；φ為阻力系數(shù)；g為顆粒重力加速度，m·s-2。

用沉降速度V0和風(fēng)速Va的比值表示β的正切值。

從式(2)可以看出，在顆粒水平風(fēng)速保持不變、顆粒直徑大小相近的情況下，低密度顆粒的tanβ值較低，顆?？梢赃\(yùn)動(dòng)得更遠(yuǎn)，而高密度顆粒的tanβ值較高，顆粒運(yùn)動(dòng)得就會(huì)更近，不同的物料顆?？赏ㄟ^氣流按其密度、形狀和大小進(jìn)行分離。

1.1.3阻風(fēng)效應(yīng) 將多顆粒連續(xù)運(yùn)動(dòng)模型簡(jiǎn)化為顆粒疊加的粒子組模型（圖4）。從圖4 可明顯看出，當(dāng)氣流中前端的流動(dòng)力作用于前端粒子組時(shí)，氣流受到前端粒子組的阻礙而形成縱向流，沿橫向流過前端粒子組上、下表面。前端粒子組對(duì)后端粒子組的阻力屏障形成側(cè)流，氣流中的流動(dòng)力將繞過后端粒子組。前端粒子群抑制氣流方向的向前運(yùn)動(dòng)，風(fēng)力不作用于后粒子群，產(chǎn)生阻礙效應(yīng)（即阻力效應(yīng)）影響后端粒子組的整體運(yùn)動(dòng)、受力和運(yùn)動(dòng)軌跡的改變。

圖4 風(fēng)選顆粒阻風(fēng)效應(yīng)簡(jiǎn)化原理Fig. 4 Simplified principle of wind-selected particle windblocking effect

1.2 DEM-CFD耦合模型構(gòu)建

1.2.1Fluent 流體模型 采用歐拉耦合模型對(duì)辣椒及其雜質(zhì)的風(fēng)選分離過程進(jìn)行模擬，流體體積分?jǐn)?shù)項(xiàng)和流體運(yùn)動(dòng)微分方程表示如下[10]。

式中，t為時(shí)間；ε為流體體積分?jǐn)?shù)項(xiàng)；u為流速；g為重力加速度；ρ為流體密度；S為動(dòng)量源項(xiàng)；μ為粘滯系數(shù)；P為流體微元上的壓強(qiáng)；?為哈密頓微分算子。

動(dòng)量源項(xiàng)S為氣流作用在單元網(wǎng)格內(nèi)部氣流阻力的總和[11]。

式中，V為單元網(wǎng)格體積；Fi為第i個(gè)顆粒對(duì)氣流的阻力。

1.2.2EDEM 固體顆粒接觸碰撞模型 在EDEM軟件中對(duì)顆粒力學(xué)模型間的接觸力學(xué)行為和相互作用力進(jìn)行仿真分析。由于顆粒間的速度隨接觸力而發(fā)生變化，本文采用Hertz-Minderlin 接觸理論和軟球干接觸模型[12]，根據(jù)牛頓第二定律獲得第i個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方程[13]。

式中，g為重力加速度；P為顆粒在氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí)受的相互作用力；Ii和mi分別為顆粒i的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量；Vi和ωi分別為顆粒i的速度和角速度；Ft,ij為切向分力；Fn,ij為法向分力；Tr,ij為滾動(dòng)摩擦力矩；Tt,ij為切向力矩。

根據(jù)彈性阻尼的線性三方程函數(shù)模型，每個(gè)力都以彈簧、阻尼和滑塊的組合形式將其簡(jiǎn)化出來(lái)表示[14]。

式中，V為顆粒的運(yùn)動(dòng)速度；δ為顆粒間的位移變形；a為扭轉(zhuǎn)變形；k為剛度系數(shù)；f為摩擦系數(shù)；η為阻尼系數(shù)；L 為重疊量。ij表示顆粒i與顆粒j之間，t表示切向，n表示法向，s表示滑動(dòng)，r表示周向或滾動(dòng)。

顆粒在氣流中受的相互作用力P表示如下。

式中，ρ為氣流密度；kg為阻力系數(shù)，與物料結(jié)構(gòu)形狀、表面特性和雷諾數(shù)等有關(guān)；A為物料迎風(fēng)面積；vw為物料速度；v為物料在氣流中的相對(duì)速度；vq為氣流速度。

1.3 DEM-CFD 耦合流程介紹及辣椒風(fēng)選效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文用CFD-DEM 耦合方法，即Fluent 與EDEM的耦合，其流程如圖5所示。

圖5 DEM-CFD耦合流程圖Fig. 5 Flow chart of DEM-CFD coupling

為深入探討風(fēng)速大小對(duì)辣椒風(fēng)選效果的影響，采用控制變量法保證其他的各項(xiàng)條件參數(shù)相同，模擬辣椒風(fēng)選的風(fēng)速數(shù)值大小分別為15、20和25 m·s-1時(shí)的風(fēng)選過程。

辣椒清選裝置工作性能的主要衡量指標(biāo)是風(fēng)選后辣椒損失率（El）和含雜率（Ed），因此以辣椒損失率El、含雜率Ed為辣椒風(fēng)選裝置的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[15-16]。

式中，W1為仿真過程中通過出口Ⅰ的辣椒質(zhì)量；W2為仿真過程中通過出口Ⅱ的辣椒質(zhì)量；M為仿真過程中通過出口Ⅰ的物料總質(zhì)量。

1.4 模擬參數(shù)設(shè)置

通過WDW3100 微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)朝天椒、辣椒葉及辣椒莖稈進(jìn)行壓破試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)求取泊松比與剪切模量[17-18]，密度用天平和量筒法測(cè)量；辣椒、辣椒莖稈和辣椒葉與鋼板的摩擦接觸參數(shù)采用斜板試驗(yàn)（分別為滑動(dòng)法和滾動(dòng)法）測(cè)量；辣椒、辣椒莖稈、辣椒葉與鋼板之間的恢復(fù)系數(shù)采用碰撞法測(cè)量[19-20]。EDEM軟件中材料的力學(xué)性能參數(shù)和材料顆粒的接觸系數(shù)見表1和表2，辣椒清選分離裝置材質(zhì)為鋼材。模擬中辣椒、辣椒葉、辣椒莖稈的生成比例設(shè)置為6∶1∶0.25，辣椒的生成速度設(shè)置為1 200個(gè)·s-1，辣椒葉的生成速度設(shè)置為200 個(gè)/s，辣椒莖稈的生成速度設(shè)置為50 個(gè)·s-1。EDEM中的仿真時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為29.6784%，即0.000 007 s，總仿真時(shí)間為6 s，F(xiàn)luent 軟件中的仿真模型采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為EDEM 的100 倍，即時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.000 7 s，總步數(shù)為8 571步。

表1 材料的物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of the material

表2 相關(guān)顆粒的材料接觸系數(shù)Table 2 Material contact coefficient of related particles

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡分析

以風(fēng)速大小為20 m·s-1的耦合仿真最終結(jié)果為例，辣椒顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6 所示?？梢钥闯?，辣椒、辣椒葉和辣椒莖稈由顆粒工廠出料生成，然后自由運(yùn)動(dòng)下落并進(jìn)入風(fēng)選裝置，當(dāng)生成的顆粒通過氣流通道流體區(qū)域時(shí)，顆粒質(zhì)量較輕的辣椒葉顆粒和辣椒莖稈顆粒能隨氣流運(yùn)動(dòng)，被吹到出料口Ⅱ、Ⅲ從而下落，較重的辣椒在重力作用下繼續(xù)自由下落，最終從出料口Ⅰ中掉出，從而實(shí)現(xiàn)辣椒、辣椒葉和辣椒莖稈的分離。從圖6 中顆粒軌跡圖可以直觀地觀察風(fēng)選過程中顆粒軌跡，辣椒的紅色軌跡線是一條略帶斜度的直線，表明辣椒受風(fēng)影響較小，水平位移較小，辣椒可以從出口Ⅰ自由落下；辣椒葉的綠色軌跡線是一條轉(zhuǎn)彎的斜線，表明辣椒葉受風(fēng)影響較大，辣椒葉隨風(fēng)揚(yáng)動(dòng)，從出口Ⅲ出來(lái)；代表辣椒莖稈的藍(lán)線軌跡線是斜線，表示辣椒莖稈受風(fēng)影響較明顯，辣椒莖稈隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)，從出口Ⅱ被吹出。

圖6 辣椒顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig. 6 Schematic diagram of the winnowing of pepper particles

2.2 風(fēng)速20 m·s-1時(shí)辣椒風(fēng)選效果分析

如圖7 所示，在EDEM 軟件中設(shè)置區(qū)域Ⅰ為辣椒含雜率的統(tǒng)計(jì)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)0～6 s 內(nèi)通過該區(qū)域的物料總質(zhì)量M和辣椒質(zhì)量W1；區(qū)域Ⅱ設(shè)置為辣椒損失率的統(tǒng)計(jì)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)辣椒在0～6 s 內(nèi)通過該區(qū)域的辣椒質(zhì)量W2。

圖7 物料顆粒位置瞬態(tài)圖（t=1 s）Fig. 7 Transient diagram of material particle position （t=1 s）

從辣椒風(fēng)選含雜率曲線（圖8）可以看出，0～0.5 s 間的含雜率曲線在X軸上，這是因?yàn)樵摃r(shí)間段為風(fēng)選顆粒產(chǎn)生及開始下降的風(fēng)選過程，經(jīng)過0.5 s 的緩沖，顆粒經(jīng)過風(fēng)力風(fēng)選位置并進(jìn)行風(fēng)選，風(fēng)選后的辣椒顆粒經(jīng)過辣椒含雜率統(tǒng)計(jì)區(qū)域并從出口Ⅰ掉落。通過風(fēng)選模擬仿真分析可知，經(jīng)過風(fēng)力風(fēng)選之后，辣椒顆粒的含雜率降明顯，通過風(fēng)選裝置辣椒出口Ⅰ的辣椒平均含雜率為4.624%，通過風(fēng)選裝置其他出口的辣椒平均損失率（圖9）為1.798%。

圖8 風(fēng)速20 m·s-1的辣椒含雜率Fig. 8 Impurity rate in pepper with wind speed of 20 m·s-1

圖9 風(fēng)速20 m·s-1的辣椒損失率Fig. 9 Pepper loss rate at wind speed 20 m·s-1

2.3 不同風(fēng)速對(duì)風(fēng)選效果的影響

從圖10 可以看出，在較低風(fēng)速（15 m·s-1）下，在辣椒出口處發(fā)現(xiàn)了較多雜質(zhì)。辣椒顆粒分離度低；在20 m·s-1的較高風(fēng)速下，混入的辣椒雜質(zhì)很少，辣椒顆粒的分離度較高；而當(dāng)風(fēng)速為25 m·s-1時(shí)，幾乎沒有雜質(zhì)混入辣椒出口處，然而，在莖稈出口處大量的辣椒被吹出，辣椒損失率過高。

圖10 不同風(fēng)速下的辣椒顆粒分布Fig. 10 Distribution of pepper particles at different wind speeds

不同風(fēng)速下辣椒含雜率曲線及辣椒損失率曲線如圖11、12所示，通過對(duì)辣椒在不同風(fēng)速下的仿真結(jié)果分析，可知當(dāng)風(fēng)速大小為15 m·s-1時(shí)，辣椒含雜率峰值出現(xiàn)在4~5 s 之間，達(dá)到22.234%，風(fēng)選后的辣椒平均含雜率為11.774%，辣椒平均損失率為0.959%；當(dāng)風(fēng)速大小為20 m·s-1時(shí)，辣椒含雜率峰值出現(xiàn)在5~6 s 之間，達(dá)到8.713%，辣椒平均含雜率為4.624%，辣椒平均損失率為1.798%；當(dāng)風(fēng)速大小為25 m·s-1時(shí)，辣椒含雜率峰值出現(xiàn)在2~3 s之間，達(dá)到3.554%，辣椒平均含雜率為1.676%，辣椒平均損失率為6.476%。根據(jù)模擬數(shù)據(jù)分析可知，在不考慮損失的情況下增加風(fēng)速?gòu)?qiáng)度可以增加風(fēng)選的效果。

圖11 不同風(fēng)速下的辣椒含雜率Fig. 11 Impurity rate of pepper at different wind speeds

圖12 不同風(fēng)速下的辣椒損失率Fig. 12 Loss rate of pepper at different wind speeds

不同風(fēng)速下的辣椒仿真結(jié)果如表3 所示。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速?gòu)?5 m·s-1增大到20 m·s-1時(shí)，風(fēng)選裝置出口Ⅰ處辣椒的平均含雜率下降了7.150%，而平均損失率增加了0.839%；當(dāng)模擬的風(fēng)速再次從20 m·s-1增大到25 m·s-1時(shí)，辣椒的平均含雜率下降了2.948%，而平均損失率上升到4.678%。這是由于氣流速度增加，即氣流水平力FD增大，故合力F和風(fēng)力FD之間的角度β及物料顆粒在水平方向上的位移變大，從而導(dǎo)致辣椒損失率變大，因此增加氣流速度可以降低辣椒的雜質(zhì)含量，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致辣椒的損失率增加。

表3 不同風(fēng)速的仿真結(jié)果Table 3 Simulation results at different wind speeds

由以上比分析可知，風(fēng)速的增加可以增強(qiáng)辣椒的風(fēng)選效果，但是隨著風(fēng)速的增加，會(huì)導(dǎo)致辣椒從辣椒葉出口吹出的風(fēng)險(xiǎn)。綜合考慮辣椒損失率及含雜率，在風(fēng)選時(shí)應(yīng)選擇分離率較高及損失率較低的風(fēng)選速度，即在20 m·s-1風(fēng)速時(shí)分離效果最佳，此時(shí)，辣椒的含雜率為4.624%、損失率為1.798%。

3 討論

鄒道鐘等[21]設(shè)計(jì)了一種適用于板椒收獲機(jī)的清選系統(tǒng)，系統(tǒng)總體分為上、下清選機(jī)構(gòu)，復(fù)脫機(jī)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)風(fēng)選機(jī)構(gòu)，由于復(fù)脫機(jī)構(gòu)中定、動(dòng)彈齒的高速?zèng)_擊，更容易損傷板椒果皮，增大了采收時(shí)的損傷；趙飛龍等[22]使用液壓動(dòng)力代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力來(lái)為風(fēng)扇提供動(dòng)力，采用PID（proportion integration differentiation）反饋控制速度回路可以快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載變化，減少液體對(duì)風(fēng)機(jī)回路的影響，可提高風(fēng)選裝置的使用壽命及提高風(fēng)選裝置的輸入動(dòng)力，能有效提高風(fēng)選效果。

前人對(duì)辣椒的風(fēng)選研究還停留在憑經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械設(shè)計(jì)及動(dòng)力分析上，對(duì)風(fēng)選裝置中物料風(fēng)選過程的運(yùn)動(dòng)特性、流場(chǎng)分布特性之間的關(guān)系研究較少。近年來(lái)，EDEM 與Fluent 軟件耦合法逐漸成為研究流固兩相間流動(dòng)性的重要研究手段和方法[23-24]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者使用CFD-DEM 耦合方法研究農(nóng)作物的風(fēng)選，并取得了一些成果：Yuan 等[25]通過DEM-CFD 耦合方法研究了谷物和莖稈的運(yùn)動(dòng)行為和篩分特性；蔣恩臣等[26]模擬了聯(lián)合收割機(jī)分離室中谷物的運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行了試驗(yàn)，表明DEMCFD 耦合方法適用于模擬谷物清選過程；王立軍等[27]使用DEM-CFD 耦合方法研究了玉米清選并使玉米粒的損失率得到了降低。為了進(jìn)一步研究辣椒的清選，本研究使用DEM-CFD耦合方法對(duì)辣椒清選裝置進(jìn)行仿真。通過非結(jié)構(gòu)化的ICEMCFD 網(wǎng)格模型將仿真模型劃分網(wǎng)格并導(dǎo)入EDEM和Fluent 軟件中，并在2 個(gè)軟件之間建立耦合關(guān)系以進(jìn)行模擬仿真。Fluent 軟件中流體的耦合模型采用歐拉模型，歐拉耦合模型使用多顆粒相流耦合框架方程來(lái)進(jìn)行求解，有考慮體積能量分?jǐn)?shù)，該方程考慮不同顆粒相間對(duì)流場(chǎng)的相互影響[28]，結(jié)合通過進(jìn)入辣椒的表層進(jìn)行循環(huán)的單向氣流，辣椒層的顆粒對(duì)循環(huán)氣流產(chǎn)生阻礙力的作用明顯。EDEM 軟件中的辣椒混合物顆粒在建模時(shí)，考慮到EDEM 軟件本身自動(dòng)模擬的一些不足，選擇辣椒清選除雜過程中成分含量高的辣椒、辣椒葉和辣椒莖稈作為主要研究對(duì)象進(jìn)行物料粒子建模。由于EDEM 軟件中的所有粒子模型都用球體表示，因此采用“多球體類聚法”對(duì)3 種不同的研究粒子進(jìn)行簡(jiǎn)化、重疊和填充，以代替實(shí)際風(fēng)選的粒子模型[29]。本文采用CFD-DEM 耦合法模擬辣椒在不同風(fēng)速下的清選分離過程，結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)分析辣椒、辣椒葉、辣椒莖稈在流場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。上述研究表明，當(dāng)風(fēng)選速度不變時(shí)，物料顆粒本身的重力越大，其運(yùn)動(dòng)的方向角越大，則物料顆粒的水平位移就越大；此外，也驗(yàn)證了DEM-CFD 耦合方法對(duì)于研究辣椒清選分離是有效的，得到的清選分離參數(shù)可以為辣椒清選分離裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。