果园风送喷雾机出风口风场CFD 建模与试验

分类： 农、林、牧、渔 >> 农、林、牧、渔业科学其他学科 提交时间： 2023-02-17 合作期刊: 《智慧农业（中英文）》

翟长远 张燕妮 窦汉杰 王秀 陈立平

摘要： 塔式果园风送喷雾机是目前普遍使用的果园喷雾机，塔式结构易产生旋转和不规则的垂直气流， 导致喷雾机出风口两侧风场分布不对称，且分布规律不易预测。为探究适用塔式果园风送喷雾机出风口风 场建模方法，本研究基于喷雾机出风口风场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD） 建模方 法，提出了用户定义函数（User-Defined Function，UDF） 分段式三维风速入口边界条件设置方法，并研究 了湍流模型和计算域尺寸对喷雾机CFD风场模拟结果的影响特性。采用Fluent软件，建立了三种CFD模型： 模型一以11个区域的平均风速作为边界条件; 模型二采用UDF分段式三维风速入口作为边界条件; 为进一 步研究计算域尺寸对风场模拟的影响，建立了小计算域尺寸的模型三。三种模型均采用基于雷诺时均控制 （Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS） 方程的k - 湍流模型和k - 湍流模型进行风场计算。为了验证模 型的可靠性，设计了空间风场立体测量系统，实现了精确快速空间风速测量。验证结果表明，Standard k - 、 Realizable k - 、BSL k - 和SST k - 湍流模型较适合风场CFD建模，其中Standard k - 湍流模型运算结果最 优，模型决定系数R2为0.81。基于UDF分段式三维风速入口边界条件设置方法不仅提高了仿真结果的准确 性（提高了5%），而且降低了计算的复杂性。在其他参数设置相同的情况下，大尺寸计算域模型的性能略优 于小尺寸计算域。实际建模过程中建议根据计算机计算能力、仿真的实际要求设置合适的计算域尺寸。本 研究结果可为喷雾机出风口风场CFD建模方法提供参考。

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