螺旋压榨式粪污固液分离机的仿真建模策略分析

张益维

(重庆三峡学院机械工程学院 重庆万州 404100)

目前规模化的农场和养殖场等均已采用粪污分离机对粪污进行固液分离，通过目前的研究发现螺旋压榨式粪污固液分离机的脱水率更高，[1-3]而螺旋压榨式粪污固液分离机的螺旋结构等需要利用流场分析，但一般的螺旋压榨式粪污固液分离机的内部流场负责，网格划分过多，计算机计算缓慢，因此对螺旋压榨式粪污固液分离机进行了简化，并对螺旋压榨式粪污固液分离机在FLUENT中的计算模型进行了适当切割，以保证计算的速度和准确度。

1 螺旋压榨式粪污固液分离机的几何建模分析

结合重庆市开州区长隆特种养殖基地提供的相关数据，本文对该粪污分离机进行了简化建模。其中螺旋轴和螺旋叶片在建模中简化为一个整体，在实际应用中，有两种结构，一种是整体式螺旋轴，即螺旋抽于螺旋叶片一体制作，主要优点是制作安装较为简便，但缺点也较为明显，若螺旋叶片有损伤，必须整体替换，造成维修成本增加；另一种是套装式螺旋轴，即螺旋轴和螺旋叶片分别制造再进行安装，其优缺点与整体式螺旋轴刚好相反，其制造更为复杂，但维修简便，可以直接对受损叶片进行替换。

整体式螺旋轴与套装式螺旋轴在流场分析中，并无较大区别，只有在对螺旋轴进行强度分析时，两种不同的螺旋轴区别较大，本文主要是对螺旋压缩机的内部流场进行分析，故而在建模中未区分整体式螺旋轴和套装式螺旋轴，均采用了整体式建模。

2 螺旋压榨式粪污固液分离机的流道模型分析

为对螺旋压榨式粪污固液分离机进行流场分析，需要求出其流场区域即获得螺旋压榨式粪污固液分离机的流道模型。

图1 螺旋压榨式粪污固液分离机流道模型

3 螺旋压榨式粪污固液分离机的网格划分

为提高网格质量，保证模拟结果的准确性，本文采用了非均匀结构技术对其进行了网格划分，在网格划分中还需重点考虑的问题有近壁面处由于黏性效应对流场的影响。[4]由于该模型的网格过多，为解决普通工作站难以承受如此大规模的运算，且运算时间过长的问题，本文采取了对该模型整体进行切割的方式，在进行仿真分析时，也按照该分段模型进行，在中间段时，将前一段的出口结果作为下一段的入口边界条件设置，依次进行仿真分析。

4 螺旋压榨式粪污固液分离机的仿真分析结果

结合重庆市开州区长隆特种养殖基地提供的相关数据，对该模型进行仿真分析，求解其内部压力及液体体积分布如图5所示，出口处压力变小，且由于螺旋轴的运动作用，在出口边缘处造成了部分区域压力较大的状况；对于螺旋压榨式粪污固液分离机内部的固液分布状态可见图2（b）所示，由于筛网处流体可以流出导致流体在靠近筛网处分布较少，起到了固液分离的作用。

图2 螺旋压榨式粪污固液分离机仿真结果

5 结论

对于仿真分析的几何建模和数值建模过程，应结合仿真分析的目的有选择的对实物和边界条件等进行简化，简化结果应做到不影响仿真分析的实际结果，能够重现真实状况，为相关分析做有力支撑。

螺旋压榨式粪污固液分离机由于体积较大，且筛网较密，导致网格过多，为不影响对其压榨性能分析，可采用合适的分段仿真的方式进行仿真分析，保证其分析结果。