秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法技术

本申请提供了一种秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其包括以下步骤：对秸秆揉碎机内气流和散碎物料两相流进行数值模拟；锤片不均匀磨损后的转子系统与气流和散碎物料两相流场之间，以及气流和散碎物料两相流场与外壳之间均基于双向流固耦合法进行相互耦合；基于声比拟理论与声学边界元法对揉碎机气动和结构振动多重耦合噪声数值进行预测。本申请采用计算流体力学CFD技术、离散元DEM技术、声比拟理论与声学边界元相结合的方法可以快速、准确、低成本地预测秸秆揉碎机全生命周期的多重耦合噪声，从而为揉碎机低噪声设计提供方法依据。

【技术实现步骤摘要】
秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法
本申请属于计算机辅助设计领域，具体涉及一种秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法。
技术介绍
拥有我国自主知识产权的秸秆揉碎机可将秸秆等农业纤维物料加工成柔软的丝状段，便于牲畜采食与消化。揉碎机工作时，秸秆等物料由进料口经动、静刀片切段后进入揉碎室，受到高速旋转锤片的击打和齿条的揉搓后变成丝状段，之后在导流板的引导以及气流的抽吸作用下移向出料口并被抛出机外。目前秸秆揉碎机工作时普遍存在着振动噪声大的问题，研究表明国产揉碎机噪声为100～110dB(A)，揉碎机工作一段时间锤片等机械结构磨损后，振动和噪声随之增大，尤其是噪声高达110～120dB(A)，远超过了饲草揉碎机噪声90dB(A)的国家标准要求。揉碎机的噪声过高不仅会严重地影响揉碎机的使用寿命和工作性能，同时也会影响到工作环境和操作人员的身心健康，严重制约饲草揉碎机向高品质方向发展。目前，对揉碎机噪声的研究多采用试验研究的方法，通过研制物理样机来确定实际工作状态下揉碎机的噪声。如果实测噪声不能达到国家规定标准要求，则需调整结构参数，重新研制样机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对秸秆揉碎机内气流和散碎物料两相流进行数值模拟；/n锤片不均匀磨损后的转子系统与气流和散碎物料两相流场之间，以及气流和散碎物料两相流场与外壳之间均基于双向流固耦合法进行相互耦合；/n基于声比拟理论与声学边界元法对揉碎机气动和结构振动多重耦合噪声数值进行预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对秸秆揉碎机内气流和散碎物料两相流进行数值模拟；
锤片不均匀磨损后的转子系统与气流和散碎物料两相流场之间，以及气流和散碎物料两相流场与外壳之间均基于双向流固耦合法进行相互耦合；
基于声比拟理论与声学边界元法对揉碎机气动和结构振动多重耦合噪声数值进行预测。


2.根据权利要求1所述的秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，所述对秸秆揉碎机内气流和散碎物料两相流进行数值模拟的具体过程为：
在三维软件中建立秸秆揉碎机的三维模型，使用HyperMesh软件对揉碎机三维模型进行几何清理生成揉碎机内流道实体模型，并采用非结构化四面体网格对揉碎机内流道实体模型进行流体网格划分，得到揉碎机内流道的流体网格模型；
将揉碎机内流道的流体网格模型加载到FLUENT软件中，秸秆揉碎机内部的非定常流场采用修正的全三维粘性N-S方程和大涡模拟LES模型进行计算；
将CFD与DEM进行耦合，其中，散碎物料的运动、物料与物料之间的碰撞、物料与转子锤片及外壳之间的碰撞、物料运动对周围气流相的作用以及能量、动量交换，均采用牛顿运动定律进行分析计算。


3.根据权利要求2所述的秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，所述将揉碎机内流道的流体网格模型加载到FLUENT软件中，秸秆揉碎机内部的非定常流场采用修正的全三维粘性N-S方程和大涡模拟LES模型进行计算的具体过程为：
根据实际工作情况设置边界条件，入口边界条件均设置为速度入口，出口边界条件设置为压力出口，压力出口的压力为一个标准大气压；
秸秆揉碎机转子边界条件为movingwall，同时建立interface面来区分旋转区域和非旋转区域；其中，旋转区域采用滑移网格进行表示；基于转子每旋转一度所需时间确定每个时间步的求解时间步长，对空载工况下的秸秆揉碎机内非定常气流流场进行数值模拟直至收敛。


4.根据权利要求2所述的秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，所述将CFD与DEM进行耦合的具体过程为：
在离散元分析软件EDEM中，根据物料的实际尺寸与属性建立颗粒模型、定义物料属性参数，同时建立物料生成面，按照实际喂入速率设定颗粒生成速率，将转子转速设置为实际转速；按照物料颗粒在气流场网格单元中的位置确定颗粒体积分数、气流与物料颗粒间的耦合作用力，DEM根据每个物料颗粒所受气流与物料间的作用力以及颗粒与颗粒、颗粒与揉碎室的接触力计算颗粒的位置和速度直至达到一个CFD时间步，然后将信息更新后的颗粒再返回到CFD更新流体单元体积分数并重新计算气流与物料颗粒间的耦合作用力，最后CFD进行下一个时间步的迭代计算直至再次收敛，通过以上整个过程来模拟物料的运动过程。


5.根据权利要求1所述的秸秆揉碎机多重耦合噪声的数值预测方法，其特征在于，所述锤片不均匀磨损后的转子系统与气流和散碎物料两相流场之间，以及气流和散碎物料两相流场与外壳之间均基于双向流固耦合法进行相互耦合的具体过程为：
按照揉碎机累计运行预设时间锤片磨损后的实际尺寸，建立揉碎机转子与轴承系统的有限元模型，并采用有限元软件中的ANSYSMesh模块对揉碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟之平，伦学建，李铸威，兰月政，程海鹰，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15