微重力环境下零排放植物生长系统的设计与地面测试：面向空间农业应用的流体-固体耦合（DEM-CFD）创新研究

本综述系统探讨了利用射流技术（air-jet）实现三七根-土壤混合物（PN-S）高效分离的创新方法。研究通过离散元-计算流体动力学耦合模型（DEM-CFD）构建气固运动仿真体系，提出结合土壤分离率（φ）与附着率（η）的新评价标准，并通过物理实验与仿真平台相互验证。该研究为微重力环境下的植物栽培系统开发提供了重要的理论支持和技术路径，对空间农业装备优化具有显著意义。

　　

亮点（Highlights）

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  首次将射流分离技术应用于三七根-土壤混合物（PN-S）的产后处理
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  通过三维标定技术精确测量根系与土壤颗粒的几何特征
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  建立基于离散元-计算流体动力学耦合（DEM-CFD）的气固运动模型
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  创新性提出土壤分离率（φ）与附着率（η）双指标评价体系
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  通过高速摄像技术捕捉根-土壤分离动态过程

材料与方法（Materials and methods）

为探究PN-S分离的可行性及过程，本研究采用图1所示技术路线。首先测定三七根和土壤的基本物理参数并建立仿真模型，根据实验目标制定评价标准，随后利用建立的物理/仿真平台系统研究PN-S分离动力学。

预实验结果（Pre-experimental results）

物理实验表明：在射流作用下PN-S呈现显著根-土壤分离现象，高速摄像机成功捕获分离过程（图10-11）。仿真实验在不同参数下也观察到明显分离效果（图12）。在作用距离10厘米、作用角90度条件下，当作用区域直径为3厘米时...

预实验讨论（Pre-experimental discussion）

本研究首组实验为预实验，旨在验证射流实现PN-S分离的可行性并获取关键参数。对典型特征三七样本进行物理实验，在不同参数条件（有效面积、时间、压力、角度）下开展仿真实验。结果证明通过射流实现PN-S分离具备可行性...

结论（Conclusion）

本研究提出采用射流法实现PN-S分离作业，建立了基于φ和η评价标准的模拟与真实环境实验平台。探讨了混合物在不同参数下的分离行为，验证了数值模拟结果的可行性与准确性。主要结论表明...