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针对气吸式排种器充种时种子随机吸附导致多粒和漏播问题，研究人员开展玉米种子姿态、吸力与充种性能关系研究。通过 CFD 模型模拟及实验验证，发现种子平躺姿态占比高与充种合格率正相关，拟合方程相对误差 < 10%，为排种器优化提供依据。
在农业生产的舞台上，玉米作为全球重要的粮食作物，其播种的精准度直接关系到产量的高低。随着农业机械化的推进，气吸式排种器凭借其高效性在玉米播种中广泛应用，然而它却面临着一个棘手的难题：在充种过程中，玉米种子会随机吸附在吸种孔上，呈现出各种不同的姿态，这一随机性导致了大量的多粒播种和漏播现象，严重影响了播种质量。可种子的姿态究竟是如何影响充种性能的？吸力大小又在其中扮演着怎样的角色？这些问题一直困扰着科研人员和农业从业者，也成为制约气吸式排种器进一步优化的瓶颈。为了破解这些谜团，提升玉米播种的精准性，国内研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Biosystems Engineering》上。
这项研究由国内研究人员开展，他们以广泛种植的郑单 958 玉米品种为研究对象，深入探究种子形态、姿态以及吸力对充种性能的影响规律，旨在明确种子姿态与充种性能的内在联系，建立玉米种子吸种力模型，并开发不同充种姿态下的吸力拟合方程，为气吸式排种器的设计与优化提供理论支撑。通过一系列严谨的实验和模拟，研究人员得出了重要结论，为解决气吸式排种器的充种难题开辟了新路径。
研究主要采用了以下关键技术方法：一是利用 3D 光学扫描系统（Optimscan-5M）对玉米种子进行三维建模，精确获取种子的形态数据；二是构建计算流体动力学（CFD）模型，模拟单相气流场中不同姿态玉米种子的受力情况；三是自主设计吸种力测量装置，开展吸种力验证实验，分析负压、吸种距离和种子姿态对吸种力的影响。
模拟原理与模型验证
研究基于计算流体动力学方法，通过离散流场控制方程，求解质量守恒、动量守恒和能量守恒方程（连续性方程、Navier-Stokes 方程、能量方程），模拟种子在气流场中的受力。在模型验证实验中，针对马齿形种子，相同吸种距离下，吸种力随工作负压增加而增大，不同姿态下模拟值与实验值误差在 1×10-3-4×10-3N 之间；相同负压时，吸种力随吸种距离增加而减小，验证了 CFD 模型的准确性，且实验得出的吸种力拟合方程相对误差 < 10%。
吸种力与充种性能关系
实验表明，种子充种姿态中平躺比例越高，排种器的充种合格率越高。吸种力是影响充种性能的关键因素，其大小直接决定种子能否稳定吸附在吸种孔上。通过 CFD 模拟发现，吸种力影响种子表面压力梯度分布，不同姿态种子因与气流作用面积和角度差异，导致吸种力不同，进而影响充种效果。
研究结论指出，吸种力是气吸式排种器充种性能的主要影响因素。利用自主设计的吸种力测量装置（相对误差 < 10%）和 CFD 方法，明确了种子形状和姿态对吸种力的影响规律，建立了玉米种子吸种力模型。CFD 模拟揭示吸种力显著影响种子表面压力梯度分布，种子平躺姿态占比与充种合格率呈正相关，开发的吸种力拟合方程为排种器参数优化提供了理论依据。
讨论部分强调，现有气吸式排种器在高速作业时面临种子脱落问题，本研究填补了异形种子（如玉米）吸种力研究的空白，为排种器结构设计和作业参数优化提供了新方向。研究结果有助于提升玉米播种的精准性和均匀性，对提高玉米产量和农业生产效率具有重要意义，为农业机械化的发展提供了有力的技术支持。
