基于EDEM-Fluent的残膜与杂质悬浮分离仿真与试验

靳 伟 张学军 丁幼春 白圣贺 刘伟鹏 周鑫城

(1.华中农业大学工学院，武汉 430070；2.新疆农业大学机电工程学院，乌鲁木齐 830052；3.新疆农业工程装备创新设计重点实验室，乌鲁木齐 830052；4.中国农业机械化科学研究院集团有限公司土壤植物机器系统技术国家重点实验室，北京 100083)

0 引言

随着政府高度关注残膜污染环境的问题，国家制定了一系列农田残膜污染治理的相关政策，明确了残膜回收和再利用的目标。目前，科技工作者对治理残膜污染的研究主要集中在残膜回收装备，对残膜与杂质的分离研究较少[1-2]，但回收的残膜含杂量较大、再利用困难，亟需对残膜和土壤等混合物分离方法进行深入研究，为残膜资源化再利用提供清洁原料[3-4]。

经过科技工作者的不懈努力，残膜回收机的工作性能和残膜回收率显著提升[5-7]，但回收的残膜与土壤、秸秆等杂质混合在一起，致使回收的残膜含杂量较高、不能循环再利用或循环再利用成本较高[8-9]。无害化处理残膜的方式主要有：借鉴废弃塑料高温裂解处理技术，残膜高温裂解后获取产物油可以替代石油燃料，但回收残膜含杂量较高，利用残膜高温裂解获取燃料油比较困难；利用清洗设备去除残膜混合物中的杂质，将残膜挤压成型颗粒，但消耗的能源较大、成本较高。目前，残膜与土壤的分离问题研究较少，还没有一种成熟的方案能够解决残膜与土壤分离的难题；大量残膜回收后无有效方案进行处理[10-12]。

国内外学者对物料气固耦合特性及悬浮速度的测定进行了大量研究[13-20]，文献中通常采用公式计算、软件仿真、试验测定等方法获取悬浮速度。公式计算悬浮速度主要针对球状物料，在求解非球状物料的悬浮速度时需要引入修正系数，但农业物料的形状类别很多，并且相同形状类别物料的体积差别较大，物料悬浮速度的理论计算值与实际值之间的误差较大；利用悬浮速度测定试验装置可测定物料悬浮速度范围，但存在试验次数较多、计算量大、试验设备价格较高且操作复杂等问题[21-22]；应用EDEM-Fluent气固耦合软件仿真分析物料悬浮速度成为研究热点。简化计算过程、降低气力式清选机械的研发成本，为测定物料悬浮速度提供新思路。通过对悬浮速度仿真结果与理论计算值对比与分析，简化试验次数、验证仿真结果的准确性，对分析混合物料气固耦合现象具有重要意义。残膜与土壤等杂质在比重特性、悬浮速度和流动特性等方面差异较大，满足混合物料基于气固耦合分离的条件，可借助气固耦合悬浮分离方法，在残膜与土壤、秸秆等杂质被捡拾装置抛送、下落的过程中实现有效分离，物料的悬浮速度是设计分离装置、设定气流速度等关键参数的重要基础和依据。

本文根据回收残膜含土壤、秸秆等杂质的比例测定结果，选取含杂量分别为40%、60%和80%的残膜为研究对象，分别进行残膜悬浮速度理论计算，残膜与土壤、秸秆等杂质悬浮分离耦合仿真，以及残膜与杂质悬浮分离速度台架试验研究，以验证基于EDEM-Fluent耦合的残膜与杂质混合物悬浮分离速度测定试验方法的可行性，并为残膜与杂质混合物悬浮分离提供参数基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用残膜与土壤、秸秆混合物为研究对象，3种混合物中土壤和秸秆总质量占比分别为40%(其中土壤占30%)、60%(其中土壤占50%)和80%(其中土壤占70%)；土壤含水率和碎土率分别为9.67%、70.56%，土壤颗粒为尺寸10～30 mm不规则几何体；秸秆选用新疆矮化密植棉花秸秆，直径12～20 mm、含水率约14.75%；残膜厚度0.008 mm、长度30～40 mm、宽度10～20 mm。选用物料悬浮速度测定试验台、量筒、游标卡尺、天平等设备和测量仪器，通过查阅相关文献资料，利用选用的测量仪器获取残膜、棉花秸秆、土壤颗粒等材料的弹性模量和泊松比等参数[23-29]，得到试验材料特性参数如表1所示。

表1 试验材料特性参数Tab.1 Characteristic parameters of test material

1.2 物料悬浮速度测定方法

1.2.1理论计算法

在物料悬浮状态条件下，根据受力平衡原理对其受力分析可知，物料竖直向下的重力等于物料浸在空气中竖直向上的浮力与竖直向上的气流阻力之和。在求解非球状物料的悬浮速度时引入修正系数，采用等效粒径法和悬浮速度分区计算法选取气流阻力系数，将物料和气流特性参数代入受力平衡方程并计算悬浮速度，即获取物料悬浮速度理论计算值，计算式为

(1)

式中G1——物料重力，N

FZ——物料空气阻力，N

Ff——物料空气浮力，N

Cq——空气阻力系数

ρq——空气密度，kg/m3

S——物料迎风面积，m2

vf——物料悬浮速度，m/s

对式(1)进行替换和整理，推导出物料悬浮速度理论计算公式为

(2)

1.2.2仿真分析法

参考并借鉴吉林大学利用EDEM-Fluent软件分别模拟硫酸钾、尿素、磷酸二铵3种颗粒肥料气固耦合悬浮特性的方法[15]，确定残膜混合物气固耦合悬浮分离模拟方案，把流场导入离散元仿真软件中并进行悬浮分离仿真，主要分为流场与离散元建模。在EDEM中设置仿真颗粒参数，建立颗粒模型；在三维建模软件中直接构建流场域模型，使用网格自动划分(即使用ANSYS Workbench中的Mesh自动划分网格)，在划分网格的同时设置INLET、OUTLET和WALL并导出网格，将网格文件读入ANSYS Fluent软件并设置参数；EDEM-Fluent气固耦合模拟选用Lagrangian模型，气流对固体颗粒的作用选取Free-stream模型；根据EDEM与Fluent耦合数据传递的时间匹配要求，土壤颗粒、秸秆与残膜在EDEM中的时间步长分别设置为5×10-6、1×10-5、1×10-5s，土壤颗粒、秸秆与残膜在Fluent中的时间步长分别设置为2×10-4、5×10-4、5×10-4s；根据前期试验效果，设置入风口风速为5～6 m/s，运行软件并获取残膜混合物气固耦合悬浮分离仿真结果。

1.2.3试验测定法

气吸式物料悬浮速度测定试验台如图1所示，选取250 g残膜、土壤和棉花秸秆混合物放入悬浮速度测定试验台的物料盘中，启动风机、逐渐增加空气流量，通过透明的锥形窗观察物料的运动状况，待残膜稳定悬浮在锥形观察窗某一位置时，测量该位置观察窗的横截面直径；根据密封通风管道各截面处空气流量相等，推导出物料悬浮速度为

图1 气吸式物料悬浮速度测定试验台Fig.1 Suspension separation test bed of residual film mixture1.流量调节机构 2.风机 3.上通风管 4.锥形观察窗 5.机架 6.导线 7.气流压力计 8.下通风管 9.控制箱

(3)

式中rf——物料悬浮位置处观察窗横截面半径，m

rm——锥形观察窗最小横截面半径，m

vm——锥形观察窗最小横截面处气流速度，m/s

测定残膜与土壤、秸秆混合物悬浮分离速度，即获得物料悬浮分离速度试验测量值。

2 残膜悬浮速度计算与混合物分离仿真

2.1 残膜悬浮速度计算

新疆矮化密植棉田回收的残膜夹杂土壤、棉花秸秆和其他杂质，残膜与杂质混合物的分离效果与其悬浮速度密切相关，悬浮速度是残膜与杂质空气动力学重要的参数之一，是残膜与杂质气固耦合悬浮分离的重要参考依据。残膜悬浮时受力及迎风面积计算式为

(4)

式中G2——残膜重力，N

ρM——残膜密度，kg/m3

r1——残膜长度，m

r2——残膜宽度，m

h——残膜厚度，m

g——重力加速度，m/s2

FMf——残膜空气浮力，N

SM——残膜迎风面积，m2

将式(4)代入式(2)并推导得残膜悬浮速度的计算公式为

(5)

式中vMf——残膜悬浮速度，m/s

已知残膜密度为1.32×103kg/m3、厚度为8×10-6m，重力加速度取9.81 m/s2，通常情况下空气密度约为1.21×103kg/m3。参考文献[15]，获取空气的阻力系数为0.75，将以上参数代入式(5)得残膜悬浮速度为5.36 m/s。

2.2 残膜与杂质混合物悬浮分离仿真

2.2.1耦合仿真方法及特性参数

利用EDEM离散元和Fluent流体力学仿真软件耦合的方法模拟残膜与杂质混合物悬浮分离试验过程，具体方法见1.2节所述。残膜混合物悬浮分离仿真主要包括建立流场模型和离散元模型，利用SolidWorks建立残膜混合物悬浮分离试验台三维仿真模型、另存为.igs格式并导入EDEM软件，分析残膜与杂质混合物的颗粒运动特性，在ANSYS Workbench软件中建立流场域模型并将流场导入离散元软件中。

为了使残膜与杂质分离仿真结果与台架试验更加符合，建立残膜、棉花秸秆与土壤颗粒三维模型，其尺寸和密度等与台架试验材料一致。利用软件分别建立土壤颗粒直径为10、20、30 mm球体SolidWorks模型；棉花秸秆直径×长度为12 mm×20 mm、16 mm×30 mm、20 mm×40 mm圆柱体SolidWorks模型；残膜长度×宽度为30 mm×10 mm、35 mm×15 mm、40 mm×20 mm，厚度均为0.008 mm的长方体SolidWorks模型。上述建立的土壤颗粒、棉花秸秆和残膜模型另存为.igs格式并导入EDEM，3种不同尺寸颗粒质量各占残膜、棉花秸秆、土壤颗粒总质量的33.33%，即获取残膜、棉花秸秆与土壤颗粒混合物尺寸分布模型。

在EDEM离散元软件中设置土壤、秸秆与残膜之间接触特征参数和重力方向，物料之间无粘结力并且颗粒之间接触采用无滑动接触模型，查阅文献[30-33]，获取物料仿真参数如表2所示。

表2 耦合仿真特性参数Tab.2 Parameters of coupling simulation used in simulation

物料悬浮分离试验台三维仿真模型设置材料为PVC，其结构包括上通风管(圆柱形)、锥形观察窗和下通风管(圆柱形)；上通风管直径320 mm、高度750 mm，下通风管直径190 mm、高度900 mm，锥形观察窗直径190～320 mm、高度1 000 mm。物料悬浮分离试验台仿真模型流体域使用网格自动划分(即使用ANSYS Workbench中的Mesh自动划分网格)，在划分网格的同时设置INLET、OUTLET和WALL并导出网格；将导出的网格文件读入ANSYS Fluent软件并设置参数，进行EDEM-Fluent耦合仿真。

2.2.2残膜与杂质悬浮分离仿真

回收的残膜混合物中杂质的种类和含量不同，影响残膜与杂质的分离效果。为了研究残膜混合物中杂质的含量与分离效果及残膜悬浮分离速度的关系，仿真试验时将残膜、棉花秸秆和土壤颗粒按照设定的比例和性能参数添加至分离管道的底盘中，在气流上升的过程中观察残膜与杂质混合物颗粒的分离效果、悬浮位置及运动状况。

根据秸秆和土壤在残膜混合物中的含量，残膜与杂质混合物分离仿真分为3种情况，3种混合物中土壤和秸秆杂质总质量占比分别为40%(其中土壤占30%)、60%(其中土壤占50%)和80%(其中土壤占70%)，混合物中残膜质量保持不变，混合物料的尺寸分布见2.2.1节所述。依据残膜悬浮速度理论计算值和预仿真试验效果，分别设置3种仿真试验入口风速为5.1、5.5、6.2 m/s，残膜悬浮在物料上层、秸秆和土壤下落至管道底部，残膜与秸秆、土壤悬浮分离仿真效果与残膜悬浮位置如图2所示。

图2 残膜混合物悬浮分离仿真效果Fig.2 Simulation effects of suspension separation of residual film mixture

在残膜混合物悬浮分离EDEM-Fluent耦合仿真过程中，若入口风速设置小于4 m/s时，残膜与秸秆、土壤混合在一起静止在底盘，残膜混合物分离率较低、残膜不会稳定悬浮在通风管道某一位置处；若入口风速设置大于8 m/s时，残膜与秸秆由出风口飞出，小颗粒土壤在通风管道中上下运动，分离的残膜含秸秆和小颗粒土壤较多，残膜不会稳定悬浮在通风管道某一位置处。利用EDEM-Fluent耦合仿真获取残膜不同含杂量情况下的悬浮位置，如图2所示，残膜与秸秆、土壤能够实现有效分离，当入口风速为6.2 m/s时，残膜稳定悬浮的区域增大，残膜在通风管道内上下浮动范围较大；当入口风速范围为5.1～6.2 m/s时，3种不同混合物料中的残膜能够稳定悬浮在管道某一位置，残膜悬浮速度随残膜含杂量的增加而缓慢增加。

在气流由下通风管向上运动并通过锥形观察窗的过程中，由于锥形观察窗的横截面直径不断增大，气流的速度逐渐减小，残膜在此区域可处于悬浮状态；若残膜处于悬浮状态且继续增大入口风速时，则残膜悬浮的区域进一步扩大，残膜处于不稳定悬浮状态，上下浮动的残膜数量增多。通风管壁处的气流速度小于管道截面中心区域气流速度，所以残膜和小颗粒秸秆沿着管道壁向上移动，贴着管壁悬浮在某一位置；当气流速度降低时，残膜沿着管道倾斜壁向下滑动，下滑至气流速度大于残膜悬浮速度区域，残膜向上移动至悬浮状态。

2.2.3残膜悬浮速度模拟

当混合物料中残膜处于稳定悬浮状态时，棉花秸秆和土壤颗粒降落至物料底盘中，利用EDEM-Fluent气固耦合计算、分析流场分布和残膜速度，3种不同混合物料中的残膜稳定悬浮位置与气流速度场如图3所示。

图3 残膜悬浮位置与气流速度场分布Fig.3 Residual film suspension position and field distribution of airflow velocity

如图3，根据残膜悬浮位置并参照对应气流速度，获取残膜悬浮速度。当3种混合物料中的残膜处于悬浮状态时，记录残膜在分离管道中的位置，在Fluent气流速度云图中获取残膜悬浮时对应位置的气流速度，即残膜悬浮分离速度。由图3可以得出，3种混合物中土壤和秸秆杂质总质量占比为40%、60%和80%时，残膜悬浮速度为4.77～5.83 m/s、4.89～6.46 m/s、5.31～7.40 m/s。残膜悬浮速度理论计算值在残膜混合物悬浮分离速度仿真结果范围之内，即理论计算数值与仿真数值相吻合，研究结果为残膜与杂质悬浮分离试验提供了参考。

3 残膜与杂质悬浮分离台架试验

3.1 试验材料与方法

3.1.1试验材料

测定残膜与杂质气固耦合悬浮分离速度的器材包括：气吸式物料悬浮速度试验台、JA2003型精密电子天平、KC34-36型电子数显卡尺、塑料袋、筛网、便携式计算机等。

残膜、棉花秸秆、土壤等测试物料来源于新疆生产建设兵团第一师六团和昌吉市大西渠镇，棉花采用矮化密植特色种植模式，在棉花收获后播种前的田间，挖取残膜与杂质混合物作为试验材料，如图4所示。秸秆的直径、长度范围分别为12～20 mm、20～40 mm，含水率约14.75%；土壤颗粒的直径范围1～30 mm、土壤含水率约9.67%；残膜厚度为0.008 mm、长度为30～40 mm、宽度为10～20 mm。

图4 田间获取的试验材料Fig.4 Acquiring test materials from field

3.1.2试验方法

残膜与杂质悬浮分离试验方法见1.2节。残膜与秸秆、土壤混合物分离试验采用气吸式物料悬浮速度测定试验台进行，残膜与杂质混合物悬浮分离仿真试验的过程中发现，混合物含杂量、杂质颗粒的粒径对残膜稳定悬浮状态的影响比较显著。利用KC34-36型电子数显卡尺、筛网和天平等仪器测量秸秆、土壤颗粒和残膜的尺寸和质量，按照试验表格中的因素和水平进行分组试验。每组试验物料的总质量为250 g，将物料放入悬浮分离试验台的底盘中，记录物料稳定悬浮的位置并测量该位置处的锥形观察窗横截面半径，将参数代入式(3)并计算物料悬浮速度。

3.2 试验结果与分析

3.2.1秸秆和土壤颗粒悬浮速度测定

台架试验测定不同尺寸秸秆、土壤颗粒和残膜悬浮速度如表3，小颗粒秸秆的悬浮速度与残膜悬浮速度数值比较接近。残膜悬浮速度理论计算值、仿真值和台架试验值均小于秸秆和土壤颗粒的悬浮速度，土壤悬浮速度最大、残膜悬浮速度最小，满足残膜混合物料气固耦合悬浮分离的条件。

表3 不同尺寸物料的悬浮速度Tab.3 Suspension speed of materials in different sizes

3.2.2残膜悬浮分离速度测定试验

台架试验选用的残膜混合物料见1.1节，3种残膜混合物料中土壤和秸秆杂质总质量占比分别为40%、60%、80%。每次试验混合物料的总质量为250 g，按照表3进行残膜悬浮分离速度仿真与台架测定试验。在棉花秸秆和土壤颗粒不同体积的条件下，仿真和台架试验测定3种混合物料中残膜悬浮分离速度，将残膜悬浮分离速度仿真结果与试验测定结果进行对比，3种混合物料中残膜与杂质悬浮分离速度仿真模拟结果与台架试验结果如表4所示。

采用中心数值方法计算相对误差[15]，残膜悬浮分离速度测定值与仿真值之间的相对误差计算式为

(6)

其中

式中v1——悬浮速度仿真值范围中心值，m/s

v2——悬浮速度台架测定值范围中心值，m/s

v1s——悬浮速度仿真值上限值，m/s

v1x——悬浮速度仿真值下限值，m/s

v2s——悬浮速度台架测定值上限值，m/s

v2x——悬浮速度台架测定值下限值，m/s

3.2.3试验分析

由表4可知，在3种不同残膜混合物料条件下，残膜悬浮分离速度仿真值分别为4.77～5.83 m/s、4.89～6.46 m/s和5.31～7.40 m/s，台架试验值分别为4.67～5.77 m/s、4.88～6.37 m/s和5.29～7.22 m/s。在残膜悬浮分离台架试验过程中，残膜较柔软且易变形，残膜的变形量大于仿真软件中的残膜虚拟模型变形量，所以台架试验过程中残膜体积较小、迎风面积较小，残膜处于稳定悬浮的位置较高，即台架试验测定残膜悬浮分离速度数值较小。残膜悬浮分离速度仿真值与台架测定试验值之间的相对误差为0.77%～4.79%。残膜含杂量对残膜悬浮分离速度影响很大，残膜悬浮分离速度仿真与台架试验值之间存在一定的误差，为了使EDEM-Fluent耦合仿真数值更加准确，需计算修正系数。

表4 残膜悬浮分离速度测定试验结果Tab.4 Experiment results of residual film suspension separation speed

3.3 修正系数计算

残膜悬浮分离速度仿真值与台架测定试验值之间的相对误差范围较小且可以近似为定值，所以可以通过混合物料不规则形状及相互作用修正系数对残膜混合物料悬浮分离速度仿真值进行修正。由表4可知，3种不同残膜混合物料悬浮速度仿真值上限值与台架试验的上限值比较接近，其下限值相差较大，因为杂质改变残膜的形变量、运动特性，从而影响残膜的悬浮速度和位置。残膜混合物料悬浮速度仿真值下限值与台架试验的下限值相差较大，选取仿真结果与台架试验的下限值计算修正系数

(7)

其中

式中δ——悬浮速度修正系数

将表4试验结果代入式(7)计算得3种残膜混合物料中土壤和秸秆杂质总质量占比分别为40%、60%和80%的修正系数分别为0.94、0.97、0.95，即残膜混合物料悬浮分离速度的修正系数取其均值为0.95[15]。

4 田间试验

以残膜悬浮速度理论计算值、残膜与杂质分离仿真和台架试验结果为基础，设计基于气固耦合的残膜与杂质分离装置，如图5所示。为了验证残膜与杂质的分离效果，2019年9月在新疆生产建设兵团第一师六团耕整后的棉田中进行试验，选用约翰迪尔5-754型轮式拖拉机提供动力，拖拉机牵引残膜与杂质分离装置完成残膜与杂质分离、回收残膜作业。采用变频器改变风机的转速、调整通风管道出风口的风速；利用AS836型手持式叶轮式风速测量仪测量通风管道出风口的风速。

图5 残膜与杂质分离装置Fig.5 Separation device of residual film and impurity

分离后的残膜中仍含有少量秸秆与土壤颗粒，其分离后的残膜和少量杂质随气流落入残膜回收箱中。参考GB/T 25412—2010《残地膜回收机》，在试验地随机选取5个区域，即5个测量行程，每个区域长度和宽度分别为10 m和2 m，试验装置在每个区域内分别完成残膜与杂质分离以及回收分离后的残膜，分别收集5个作业行程后残膜回收箱中残膜和杂质，膜箱中残膜的质量记为m11、m12、m13、m14和m15，膜箱中杂质的质量记为m21、m22、m23、m24和m25；在试验地未回收残膜作业区域随机选取5个面积为1 m2的区域并且收集地表至耕层150 mm内残膜，将收集的残膜洗净、晒干并称量，记为m31、m32、m33、m34和m35；分别在作业后的5个区域内选取面积为1 m2的区域，收集地表至耕层150 mm内未回收残膜，将收集的残膜洗净、晒干并称量，记为m41、m42、m43、m44和m45。设计残膜与杂质分离、残膜回收田间试验，将拖拉机的前进速度、管道出风口风速、杂质尺寸作为试验的3个因素，残膜与杂质分离后残膜(即残膜回收箱中回收的残膜)中含杂率和残膜回收率作为试验指标，其计算公式为

(8)

其中

(9)

式中η——残膜回收箱中残膜含杂率，%

m1i——残膜回收箱中杂质质量，g

m2i——残膜回收箱中残膜质量，g

(10)

其中

(11)

式中β——残膜回收率，%

m3i——捡拾残膜作业前随机1 m2区域残膜质量，g

m4i——捡拾残膜作业后随机1 m2区域残膜质量，g

在试验棉田耕整地时将土壤和秸秆等杂质颗粒粉碎，满足残膜与杂质分离试验中土壤和秸秆等杂质尺寸要求；管道出风口速度通过改变电机转速获取，其数值通过AS836型手持式风速仪测量；当拖拉机处于慢Ⅱ和慢Ⅳ挡位时，前进速度为0.5、1 m/s左右，即可满足残膜与杂质分离试验条件和要求。

残膜含杂率与回收率田间试验结果如表5所示，通过分析试验数据可知：

表5 残膜含杂率和回收率田间试验结果Tab.5 Field experiment results of recovered film contains impurities rate and film recovery rate

(1)在土壤颗粒和秸秆尺寸、拖拉机前进速度等试验参数不变的条件下，出风口风速为3～5 m/s时，残膜与杂质竖直向下的重力大于其竖直向上的浮力与气流阻力之和，残膜与杂质缠绕在一起无法完全分离，仅有约61.88%的残膜会随气流移动至残膜回收箱中，分离后的残膜含杂率最低(即出风口风速为3～5 m/s时，残膜含杂率均值为13.66%)，但残膜回收率很低，不能满足残膜回收的要求，因此，出风口风速3～5 m/s不是残膜与杂质分离、残膜回收的最佳风速。

(2)在土壤颗粒和棉秆尺寸、拖拉机前进速度等试验参数不变的条件下，出风口风速取5～7 m/s时，残膜与杂质能够完全分离，分离后的残膜含杂率较低(残膜含杂率均值为20.47%)，残膜回收率最高(残膜回收率均值为83.62%)，能够满足残膜与杂质分离、残膜回收的要求。因此，出风口风速5～7 m/s是残膜与杂质分离、残膜回收的最佳风速。

(3)土壤颗粒和秸秆尺寸、出风口风速等试验因素和水平对试验指标影响很大，在拖拉机前进速度和出风口风速等试验参数不变的条件下，回收的残膜含杂率随土壤颗粒和秸秆尺寸的增大而减小。

5 结论

(1)根据物料悬浮状态受力平衡条件，推导出残膜悬浮分离速度公式并计算残膜悬浮速度。利用EDEM-Fluent耦合的方法模拟残膜与杂质混合物悬浮分离的过程，3种混合物料中土壤和秸秆杂质总质量占比分别为40%(其中土壤占30%)、60%(其中土壤占50%)和80%(其中土壤占70%)时，残膜悬浮速度仿真值为4.77～5.83 m/s、4.89～6.46 m/s和5.31～7.40 m/s；残膜混合物悬浮分离速度台架测定试验值为4.67～5.77 m/s、4.88～6.37 m/s和5.29～7.22 m/s。

(2)基于EDEM-Fluent耦合方法的残膜悬浮分离速度模拟值与台架测定试验数值之间的相对误差为0.77%～4.79%，其修正系数均值为0.95，验证了基于EDEM-Fluent耦合法模拟残膜混合物悬浮分离速度的可行性。

(3)通过残膜与杂质分离田间试验可得，残膜与杂质分离、残膜回收的最佳风速为5～7 m/s，回收的残膜含杂率均值为20.47%、残膜回收率均值为83.62%；田间试验结果验证了残膜悬浮分离速度理论计算值、仿真模拟数值的准确性。