ارزيابي عملكرد دستگاه جمع‌آوري بقاياي يونجه تلف شده حين عمليات برداشت با استفاده از شبيه‌سازي به روش كوپل CFD-DEM

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي بيوسيستم

كارشناسي ارشد

چكيده با توجه به جمعيت روز افزون جهاني و افزايش نياز به توليد غذاي بيشتر، طراحي و ساخت ماشين‌آلات به‌روز و پيشرفته به امري ضروري مبدل شده است. در اين ميان گياه يونجه با دارا بودن انواع مواد غذايي مهم و اساسي از جمله انواع ويتامين‌ها و پروتئين‌ها جايگاه مهمي در صنعت دامداري دارد. برگ‌هاي اين گياه كه داراي بيشترين مقدار مواد غذايي مي‌باشد حين عمليات برداشت و بسته‌بندي دچار ريزش شده و از دسترس خارج مي‌شود. در سال 1387 شجاعي براي مرتفع‌ ساختن اين مشكل اقدام به طراحي و ساخت دستگاهي كرد كه از دو قسمت اصلي شامل يك مكنده براي جمع‌آوري برگ‌هاي باقي‌مانده بر روي زمين و يك جداكننده سيكلوني براي جداسازي ذرات و دانه‌هاي خاك مكيده شده از برگ‌هاي يونجه،تشكيل شده بود. هدف اصلي‌ از انجام پژوهش حاضر،آزمون و ارزيابي عملي و شبيه‌سازي‌شده عملكرد و كارايي اين‌دستگاه بود.در آزمون عملي تاثير دو عامل سرعت پيشروي دستگاه با سه سطح 2، 3 و 4 كيلومتر بر ساعت و اندازه قطر ذرات خاك و سنگ‌ها با سه سطح 2/0 ، 1 و 4/2 ميلي‌متر بر شاخص‌هاي عملكردي(بازده جمع‌آوري برگ،بازده جمع‌آوري برگ و ساقه،بازده تميزي،بازده سيكلون،گرفتگي توسط برگ و ساقه و گرفتگي توسط ذرات خاك و سنگ‌ها) دستگاه بررسي شد.به دليل عدم امكان تغيير سرعت چرخش فن دستگاه،تاثير سرعت هوا داخل سيكلون مورد ارزيابي و بررسي قرار نگرفت. در شبيه‌سازي‌ها علاوه بر دوعامل سرعت پيشروي و اندازه ذرات خاك، اثر سرعت هواي بر شاخص¬هاي عملكردي دستگاه در سه سطح 9، 5/13 و 18 متر بر ثانيه نيز مورد بررسي قرار گرفت. براي انجام شبيه‌سازي¬ها از روش سطح پاسخ(RSM) بهره گرفته شد. شبيه‌سازي به روش كوپل يكطرفه CFD-DEM انجام‌شد. براي آناليز CFDاز نرم‌افزار Ansys Fluent و براي محاسبات DEM از نرم‌افزار Rocky DEM استفاده شد. در پژوهش حاضر علاوه بر بررسي كارايي و عملكرد سيكلون تحت تاثير عوامل مذكور، تغييراتي بر روي هندسه و ابعاد سيكلون با هدف ارتقاء و بهبود بازده تميزي دستگاه اعمال شد. اين تغييرات عبارت بودند از: افزايش شعاع انحناي لوله مكش به اندازه دو برابر و كاهش پهناي دهانه ورودي سيكلون به اندازه نصف اندازه اوليه و همچنين اضافه كردن لوله گرداب‌ياب با سه قطر متفاوت 150، 225 و 300 ميلي‌متر. نتايج به دست آمده از تجزيه واريانس‌هاي داده‌هاي شبيه‌سازي شده و تجربي نشان داد كه سرعت هواي 9 متر بر ثانيه باعث تجمع خاك و برگ در دهانه ورودي به سيكلون مي‌شود و به مرور زمان باعث گرفتگي لوله مكش مي‌گردد. از بين سرعت‌هاي 5/13 و 18 متر بر ثانيه، سرعت 5/13 متر بر ثانيه توصيه مي‌گردد،زيرا در سرعت 18 متر بر ثانيه ميزان افت فشار و اغتشاش مانع از جريان پيوسته مواد مي‌شود. به طوركلي، افزايش سرعت جريان هوا موجب جداسازي بيشتر برگ از توده محصول به جا مانده بر روي سطح خاك شد، اما به همان نسبت بر تميزي محصول خروجي از دستگاه جمع‌آوري برگ يونجه اثر منفي داشت. افزايش سرعت پيشروي منجر به كاهش بازده جداسازي برگ گرديد.زيرا افزايش سرعت پيشروي باعث شد برگ‌هاي باقيمانده روي سطح خاك مدت زمان كوتاه‌تري در معرض دهانه مكش قرار گيرند. بررسي تاثير تغييرات اعمال شده بر طراحي و هندسه سيكلون نشان دادكه كاهش مقطع لوله مكش منجر به بهبود پارامترهاي عملكردي دستگاه جمع‌آوري برگ يونجه گرديد. با كاهش مقطع لوله مكش و به تبع ‌آن افزايش سرعت هواي داخل سيكلون مي‌توان بدون نياز به نصب فن قوي‌تر از فن موجود بر روي دستگاه با توان 40كيلو وات مشكل تجمع برگ و خاك در دهانه ورود مواد به سيكلون را مرتفع كرد. وجود گرداب‌ياب منجر به جداسازي خاك و برگ گرديد، اما به دليل نزديك بودن وزن برگ به وزن ذرات خاك،بازده تميزي و بازده سيكلون هيچگاه به سطح صد در صد نرسيدند.در نهايت مي‌توان گفت تغييراتي كه بر هندسه و ابعاد هندسي سيكلون اعمال شد،توانست كليه شش شاخص عملكردي دستگاه را ارتقاء و بهبود ببخشد. كلمات كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي، روش اجزاء گسسته، سيكلون، گرداب‌ياب

234575

طراحي وساخت ماشين آلات

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان