محصولات کشاورزی منبع اصلی ذرات زیستی بوده که در شکل، اندازه، چگالی و سایر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی متفاوت می باشند. در برداشت گندم سه قسمت اصلی برداشت شده گیاه عبارتند از دانه، کاه و کوزل. محصول برداشت شده می تواند شامل قسمت های دیگری مانند بذر علف هرز، خاک و دیگر بافت های گیاهی غیر از محصول اصلی نیز باشد. سه شاخص نسبت تمیزی، نرخ تلفات و بازده از شاخص های مهم جداسازی دانه از مواد غیردانه (MOG) در ارزیابی کمباین ها به شمار می روند. امروزه بهبود طراحی و بهینه سازی سامانه های تمیزکننده به یک نیاز مبرم در صنعت تبدیل شده است. روش اجزای گسسته (DEM) یک تکنیک شبیه سازی عددی رایج و قدرتمند برای پیش بینی و مدل سازی جریان مواد گسسته بر اساس قوانین حرکت نیوتن است. مدل های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نیز برای تحلیل ویژگی های جریان سیال مورد استفاده قرار می گیرند تا رفتار آئرودینامیکی را پیش بینی کنند. غربال استوانه ای دوار با یک ساختار استوانه ای شکل ساده دارای ویژگی های ساخت نسبتا ساده، وزن سبک، ارتعاش کم، کارکرد آسان و مصرف انرژی کم در مقایسه با سایر سیستم های جداسازی مواد می باشد و به طور گسترده در عملیات غربال گری و درجه بندی استفاده می شود. در این پژوهش با هدف درک بهتر حرکت پدیده های میکروسکوپی در طول فرآیند جداسازی دانه گندم از مواد غیردانه ای و همچنین بررسی اثر پارامترهای متفاوت طراحی شامل سرعت جریان هوا، شیب غربال و سرعت دورانی غربال بر شاخصهای عملکردی غربال استوانه ای دوار از شبیه سازی عددی به روش جفت کردن CFD-DEM بهره برده شد. با طراحی و ساخت یک غربال استوانه ای دوار صحت سنجی نتایج حاصل از مرحله شبیه سازی انجام شد. با توجه به اندازه اجزای گندم درو شده فاصله روزنه ها، قطر روزنه ها، طول و قطر غربال استوانه ای به ترتیب 3، 11، 700 و 300 میلی متر انتخاب شد. برای شبیه سازی سامانه تمیزکننده ابتدا هندسه مربوط به غربال استوانه ای و حوزه دامنه جریان هوا توسط محیط مدلسازی SpaceClaim در نرم افزار Ansys Workbench ایجاد شد. سپس برای ایجاد شبکه محاسباتی و تعیین شرایط مرزی متناسب به فیزیک جریان هوا، هندسه تولید شده به محیط Ansys Meshing منتقل شد. پس از گسسته سازی حوزه سیال و انتخاب تعداد شبکه مناسب، مسئله به نرم افزار Ansys Fluent انتقال پیدا کرد. برای شبیه سازی ذرات در سامانه تمیزکننده از نرم افزار Rocky DEM استفاده شد. مدل دانه گندم و کوزل به کمک اسکن سه بعدی ایجاد شد. ذرات کاه در نرم افزار به عنوان یک Straight fiber ترسیم شد. سپس خواص فیزیکی و مکانیکی غربال، مجرای ورود هوا، گندم، کاه و کوزل تعریف شد. با توجه به تغییرات نرخ تلفات، گام زمانی 00045/0 ثانیه برای حل مسئله انتخاب شد. در نهایت کوپل دو نرم افزار در محیط Ansys Workbench انجام شد. پس از انجام شبیه سازی ها، آزمایش های اعتبارسنجی با گندم کوبیده شده که درصد جرمی و مشخصات فیزیکی اجزای آن با شبیه سازی ها یکسان بود، انجام شد. نتایج نشان داد سرعت جریان هوا تاثیر معناداری بر هر سه شاخص نسبت تمیزی، نرخ تلفات و بازده داشت. همچنین اثر شیب غربال بر نسبت تمیزی معنادار بود. اثر سرعت دورانی غربال بر نسبت تمیزی و بازده نیز معنادار گزارش شد. با مقایسه نتایج تجربی با نتایج شبیه سازی، میانگین مقادیر درصد خطا برای نسبت تمیزی و بازده کمتر از 5 درصد و برای نرخ تلفات برابر با 69/7 درصد بدست آمد. برای رسیدن به بیشینه نسبت تمیزی و بازده و کمینه نرخ تلفات به ترتیب برابر با 45/85، 87/86، 91/1 درصد، باید شیب، سرعت جریان هوا و سرعت دورانی غربال برابر با 9/3 درجه، 4/18 متر بر ثانیه و 3/22 دور بر دقیقه باشد.
کلمات کلیدی: شبیه سازی عددی، دینامیک سیالات محاسباتی، روش المان گسسته، غربال استوانه ای دوار، سامانه های تمیزکننده