多挡板分离管道中进料速率对稻壳分离质量的影响机制：基于CFD-DEM耦合模拟的流变学分析

本文通过CFD-DEM（计算流体力学-离散元法）耦合模拟，首次将多挡板分离管道划分为"主分离区"和"次分离区"，揭示了进料速率通过改变颗粒流萨维奇数（Savage number）和碰撞频率影响稻壳残留率（0.73%至2.50%）的核心机制，为农业物料清选设备优化提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究首次通过流变学视角揭示：在多挡板分离管道中，进料速率通过调控颗粒流萨维奇数（Savage number）改变稻壳分布模式，当稻壳落入"不完全分离区"时，会因与滑动糙米（brown rice）和下落颗粒的碰撞导致残留率显著上升（30至60 g·s^?1时残留率增加242%）。

Simulation vs experimental results

仿真与实验结果对比显示，经过多挡板（multi-baffle）处理的颗粒分布高度吻合（如蓝框标注区域）。CFD-DEM模型成功复现了稻壳在倾斜底板（inclined bottom plate）上的落点分布规律，验证了"主/次分离区"划分的合理性。

Conclusion

1. 基于颗粒流态变化将分离区划分为主分离区（primary separation zone）和次分离区（secondary separation zone），前者贡献80%以上分离效率；

2. 进料速率通过提高颗粒流萨维奇数使稻壳向不完全分离区富集，碰撞频率激增导致残留率上升；

3. 该机制为重力风选设备（gravity pneumatic separator）的能效优化提供了关键理论靶点。