基于RSM和CFD的轴流气吸滚筒式排种器型孔负压优化

摘要

[目的]针对轴流气吸式排种器吸种负压低导致的吸种效果不佳问题，通过优化其关键部件结构参数，提高负压稳定性与吸种效率，以提升播种精度与工作性能。[方法]基于RSM（Response Surface Method）和CFD （Computational Fluid Dynamics）结合的方法，通过BBD（Box-Behnken Design）试验对轴流气吸滚筒式排种器的关键结构参数进行仿真试验优化。使用FLUENT软件对试验模型的型孔入口处压力值进行了数值计算。将获得的数据集导入Design expert13软件，通过响应面法进行预测和优化。通过数值模拟试验和台架试验验证响应面法预测结果的可靠性。以番茄种子为试验对象，进行排种器吸种性能试验。[结果]得到的轴流气吸滚筒式排种器关键结构最优参数组合为：型孔拔模角度12.59°，扇叶叶片厚度2.26 mm，扇叶叶片个数9。此时，目标函数预测孔口入口的负压为64.61 Pa。得到扇叶转速1 500 r·min^-1时番茄种子吸种单粒率为75%。根据响应面法优化后的结构参数组合建立三维模型进行CFD数值模拟，模拟结果为64.08 Pa，则响应面法预测结果与CFD数值模拟的误差为0.82%；原模型型孔入口负压值45.85 Pa，优化模型的型孔负压值比原模型提升39.76%，优化效果显著。型孔负压台架试验表明，扇叶转速1500 r·min^-1时，型孔入口负压值为62 Pa，型孔负压台架试验和数值模拟试验的结果误差为3.35%。[结论]吸种性能台架试验表明，扇叶转速1 500 r·min^-1时番茄种子吸种单粒率为75.22%，与优化前相比提升15.72%。考虑到简化结构和3D打印导致的不可避免的误差，认为该结果符合要求，优化试验设计可靠。

关键词

轴流 / 气吸排种器 / 响应面法(RSM) / 计算流体动力学(CFD)

基金资助

云南省重大科技专项（202102AE090042-06,2018ZC001-4）