玉米多重混合物在清选装置中的纵向差异迁移机制与分布行为研究

为解决玉米清选装置中杂质分离效率低和籽粒损失率高的问题，研究人员采用CFD-DEM耦合方法，探究了气流速度、气流角度及筛网振动频率对玉米混合物颗粒相对迁移性能的影响。研究发现，振动频率和气流速度条件下，颗粒迁移差异系数与杂质率（IR）和损失率（LR）呈现显著相关性（相关系数分别达-0.91/0.93和-0.93/0.96），为优化玉米清选性能提供了新方法和技术创新。

　　

玉米作为重要的工业原料和生物基材料，广泛应用于饲料加工、食品生产和乙醇制备等领域。然而，在玉米收获过程中，清选环节的高效性直接影响籽粒的纯净度和产量。传统的风筛式清选装置依赖气流与筛网振动的耦合作用，但混合物颗粒的纵向迁移行为差异常导致筛分效果不佳：籽粒迁移过快会减少与筛网的接触机会，而杂质迁移过慢则增加其通过筛网的概率。这些问题制约了玉米清选的高效化和低损耗化发展。

针对这一挑战，吉林农业大学的张佳亮、刘凤双等人开展了一项创新研究，通过定义纵向迁移差异系数（MDCI）作为颗粒相对迁移行为的评价指标，结合计算流体力学（CFD）和离散元法（DEM）的耦合模拟，系统分析了气流速度、气流倾角及筛网振动频率对玉米混合物中籽粒与杂质（如玉米芯和茎秆）迁移行为的影响。研究成果发表于《Powder Technology》，为玉米清选设备的优化提供了理论依据和技术路径。

研究团队采用的关键技术包括：1）CFD-DEM耦合模拟，通过用户自定义函数（UDF）实现流体与颗粒相的数据交互；2）基于ANSYS FLUENT和EDEM软件平台的气固两相流计算；3）以振动频率（6 Hz）、气流速度（12.4 m/s）和气流倾角（23°）为变量设计实验。验证试验通过对比模拟与实测的籽粒纵向平均速度，证实了模型的准确性。

研究结果

1. 振动频率的影响：振动频率条件下，颗粒迁移差异系数与杂质率（IR）和损失率（LR）的相关系数分别为-0.91和0.93，表明提高振动频率可显著增强杂质颗粒的纵向迁移性能，从而降低IR并控制LR。
2. 气流速度的影响：气流速度增加时，MDCI与IR和LR的相关系数达-0.93和0.96，证实气流调控能有效分离籽粒与轻质杂质。
3. 分布行为分析：变坡度筛网结构可针对性增强杂质颗粒的筛分强度，改善其纵向迁移效率，而籽粒因密度差异保持稳定分布。

结论与意义
该研究首次建立了玉米混合物颗粒纵向迁移差异性能与清选指标的定量关联，揭示了振动参数和气流参数对分离效果的调控机制。通过主动增强杂质颗粒的迁移性能，实现了籽粒低损耗（LR<1.5%）与高清洁度（IR<3%）的协同优化。这一成果不仅为玉米收获装备的技术升级提供了新思路，也为其他农业物料的精准分选（如马铃薯-土壤混合物）提供了方法论参考。未来可进一步探索多参数协同调控模型，推动清选技术向智能化方向发展。