农业机械学报

作者：施继红，刘贞彤，孟宪章，黄东岩，关义新，敖曼

单位：吉林农业大学,吉林农业大学,吉林农业大学,吉林农业大学,中国科学院东北地理与农业生态研究所,中国科学院东北地理与农业生态研究所,

关键词：风蚀仪;风沙分离器;数值模拟;参数优化;集沙效率

基金：国家重点研发计划项目(2023YFD1500404)

为提高风蚀仪集沙效率，准确掌握风沙运动规律，采用计算流体力学仿真方法并结合风洞试验分析风蚀仪内部风沙分离器结构参数对集沙效率的影响。在Fluent平台中建立风沙分离器模型，基于RNG k-ε模型进行数值分析，并采用离散相模型(DPM)方法计算集沙效率，完成风蚀仪内部相关颗粒动力学模拟。将风蚀仪从楔形改进为圆柱形，优化了风蚀仪结构，提高了集沙效率。研究了进气管入口风速、沙尘颗粒粒径与风沙分离器结构参数（进气管长度、排气管内插深度、锥形导流板锥角、筒体长度）对集沙效率的影响。仿真结果表明，当风速为13.8m/s时，粒径小于0.01mm沙尘是影响集沙效率的主要粒子。对风沙分离器结构参数进行单因素试验，优选出试验因素范围，开展Box-Behnken试验对参数进行优化取值，得到最优参数组合：进气管长度为12mm、排气管内插深度为70mm、锥形导流板锥角为40°、筒体长度为160mm，此时集沙效率为77.05%。按最优参数组合加工风蚀仪模型并进行风洞试验，得到集沙效率为74.38%，与仿真结果的误差为3.47%，相较常见楔形风沙分离器具有更好的集沙效果。

来源：2025年第4期

《农业机械学报》期刊编辑部

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