基于CFD-DEM耦合仿真的环吹气助式导种方法及其对玉米播种均匀性的影响研究

《Biosystems Engineering》：An encircled air-blowing-assisted seed guiding method based on coupled CFD-DEM simulation

本研究创新性提出环吹气助式（EABA）导种方法，通过气流约束原理优化玉米种子在导种管内的运动轨迹。耦合计算流体动力学（CFD）与离散元法（DEM）仿真表明，8 km·h?1作业速度下，气助导种使种子碰撞管壁次数降低45.2%，运动时间缩短18.9%，播种间距变异系数改善13.9%。高速摄影与台架试验验证了仿真的准确性，为精密播种技术提供了新思路。

　　

Section snippets

Comprehensive structure and operating principle of the EABA seed guide device

当玉米种子从排种器释放并开始落入导种管时，不可避免地会带有相对于导种管的初始水平速度。这一初始速度是导致种子与管壁碰撞的主要因素，最终会降低导种质量。如果在管壁沿线存在环绕向内的气流，抑制种子的水平速度，就能有效减少种子与管壁的碰撞，提升种子运动的稳定性。

Analysis and discussion of the impact of seed guidance on the uniformity of maize spacing in no-till maize simulation

记录了N₁₀₀（相邻100粒种子的碰撞次数），并测量了相邻种子（TI_bas）离开导种管的时间间隔。每组实验重复三次，取平均值作为结果。通过分析不同导种装置的仿真结果，并根据TI_bas计算了导种的变异系数（CV）和合格率。如表2所示，通过分析N₁₀₀以及TI_bas的CV，可以观察到...

Conclusion

本研究采用离散元法分析了免耕玉米种植中导种对玉米间距均匀性的影响。基于这些发现，设计了一种环吹气助式（EABA）导种装置。利用CFD-DEM中的气固耦合方法，以导种装置为主要研究工具，进行了导种管与玉米种子的耦合试验。通过将仿真结果与实验数据进行比较，验证了仿真结果的准确性。

CRediT authorship contribution statement

张春玲：综述编辑、原稿撰写、监督、项目管理、资金获取、数据整理、概念化。刘涛：综述编辑、原稿撰写、验证、软件、方法论、调查、数据整理。王亚子：方法论、调查、数据整理。陈立清：综述编辑、可视化、监督、资源、资金获取、形式分析。方军：原稿撰写...

Declaration of competing interest

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本研究报告的工作。

Acknowledgments

安徽省高校自然科学研究项目：基于环吹气流导种装置的免耕玉米种植种子碰撞与株距均匀性机理研究（编号：2022AH050897）。