با توجه به جمعیت روز افزون جهانی و افزایش نیاز به تولید غذای بیشتر، طراحی و ساخت ماشین آلات به روز و پیشرفته به امری ضروری مبدل شده است. در این میان گیاه یونجه با دارا بودن انواع مواد غذایی مهم و اساسی از جمله انواع ویتامین ها و پروتئین ها جایگاه مهمی در صنعت دامداری دارد. برگ های این گیاه که دارای بیشترین مقدار مواد غذایی می باشد حین عملیات برداشت و بسته بندی دچار ریزش شده و از دسترس خارج می شود. در سال 1387 شجاعی برای مرتفع ساختن این مشکل اقدام به طراحی و ساخت دستگاهی کرد که از دو قسمت اصلی شامل یک مکنده برای جمع آوری برگ های باقی مانده بر روی زمین و یک جداکننده سیکلونی برای جداسازی ذرات و دانه های خاک مکیده شده از برگ های یونجه،تشکیل شده بود. هدف اصلی از انجام پژوهش حاضر،آزمون و ارزیابی عملی و شبیه سازی شده عملکرد و کارایی این دستگاه بود.در آزمون عملی تاثیر دو عامل سرعت پیشروی دستگاه با سه سطح 2، 3 و 4 کیلومتر بر ساعت و اندازه قطر ذرات خاک و سنگ ها با سه سطح 2/0 ، 1 و 4/2 میلی متر بر شاخص های عملکردی(بازده جمع آوری برگ،بازده جمع آوری برگ و ساقه،بازده تمیزی،بازده سیکلون،گرفتگی توسط برگ و ساقه و گرفتگی توسط ذرات خاک و سنگ ها) دستگاه بررسی شد.به دلیل عدم امکان تغییر سرعت چرخش فن دستگاه،تاثیر سرعت هوا داخل سیکلون مورد ارزیابی و بررسی قرار نگرفت. در شبیه سازی ها علاوه بر دوعامل سرعت پیشروی و اندازه ذرات خاک، اثر سرعت هوای بر شاخصهای عملکردی دستگاه در سه سطح 9، 5/13 و 18 متر بر ثانیه نیز مورد بررسی قرار گرفت. برای انجام شبیه سازیها از روش سطح پاسخ(RSM) بهره گرفته شد. شبیه سازی به روش کوپل یکطرفه CFD-DEM انجام شد. برای آنالیز CFDاز نرم افزار Ansys Fluent و برای محاسبات DEM از نرم افزار Rocky DEM استفاده شد. در پژوهش حاضر علاوه بر بررسی کارایی و عملکرد سیکلون تحت تاثیر عوامل مذکور، تغییراتی بر روی هندسه و ابعاد سیکلون با هدف ارتقاء و بهبود بازده تمیزی دستگاه اعمال شد. این تغییرات عبارت بودند از: افزایش شعاع انحنای لوله مکش به اندازه دو برابر و کاهش پهنای دهانه ورودی سیکلون به اندازه نصف اندازه اولیه و همچنین اضافه کردن لوله گرداب یاب با سه قطر متفاوت 150، 225 و 300 میلی متر. نتایج به دست آمده از تجزیه واریانس های داده های شبیه سازی شده و تجربی نشان داد که سرعت هوای 9 متر بر ثانیه باعث تجمع خاک و برگ در دهانه ورودی به سیکلون می شود و به مرور زمان باعث گرفتگی لوله مکش می گردد. از بین سرعت های 5/13 و 18 متر بر ثانیه، سرعت 5/13 متر بر ثانیه توصیه می گردد،زیرا در سرعت 18 متر بر ثانیه میزان افت فشار و اغتشاش مانع از جریان پیوسته مواد می شود. به طورکلی، افزایش سرعت جریان هوا موجب جداسازی بیشتر برگ از توده محصول به جا مانده بر روی سطح خاک شد، اما به همان نسبت بر تمیزی محصول خروجی از دستگاه جمع آوری برگ یونجه اثر منفی داشت. افزایش سرعت پیشروی منجر به کاهش بازده جداسازی برگ گردید.زیرا افزایش سرعت پیشروی باعث شد برگ های باقیمانده روی سطح خاک مدت زمان کوتاه تری در معرض دهانه مکش قرار گیرند. بررسی تاثیر تغییرات اعمال شده بر طراحی و هندسه سیکلون نشان دادکه کاهش مقطع لوله مکش منجر به بهبود پارامترهای عملکردی دستگاه جمعآوری برگ یونجه گردید. با کاهش مقطع لوله مکش و به تبع آن افزایش سرعت هوای داخل سیکلون می توان بدون نیاز به نصب فن قوی تر از فن موجود بر روی دستگاه با توان 40کیلو وات مشکل تجمع برگ و خاک در دهانه ورود مواد به سیکلون را مرتفع کرد. وجود گرداب یاب منجر به جداسازی خاک و برگ گردید، اما به دلیل نزدیک بودن وزن برگ به وزن ذرات خاک،بازده تمیزی و بازده سیکلون هیچگاه به سطح صد در صد نرسیدند.در نهایت می توان گفت تغییراتی که بر هندسه و ابعاد هندسی سیکلون اعمال شد،توانست کلیه شش شاخص عملکردی دستگاه را ارتقاء و بهبود ببخشد.
کلمات کلیدی: دینامیک سیالات محاسباتی، روش اجزاء گسسته، سیکلون، گرداب یاب