離散要素法(DEM)を用いた肥料排出プロセスのシミュレーション解析

Simulation analysis of fertilizer discharge process using the Discrete Element Method (DEM).

• Kemoh Bangura
• Hao Gong
• Ruoling Deng
• Ming Tao
• Chuang Liu
• Yinghu Cai
• Kaifeng Liao
• Jinwei Liu
• Long Qi

抄録

肥料排出工程は、肥料の排出率や施肥の均一性に影響を与えるため、施肥の重要な部分である。本研究では、従来の直列溝付車輪に代えて、螺旋状の溝付車輪を用いた肥料排出装置を設計した。2つの溝付き車輪の肥料排出性能の比較は、離散要素法(DEM)を用いた試験とシミュレーションにより行った。放出性能は、排出質量率、排出均一性、肥料粒子の落下速度を測定することで評価した。その結果、同条件では、螺旋溝付車輪の方が直溝付車輪よりも肥料排出質量率が高いことがわかった。また、螺旋溝付車輪の肥料排出均一性は、直溝付車輪よりもはるかに優れていた。また、排出口を通過する肥料粒子の平均落下速度は、螺旋溝付車輪の方が高くなった。また、試験結果とシミュレーション結果との間の排出質量率，排出均一性，粒子落下速度の相対誤差は、いずれも10%以下であった。開発したスパイラル溝付ホイールは、従来のストレート溝付ホイールと比較して、すべての面で優れた性能を示した。これらの結果は、高性能な肥料散布機の設計の指針となる理論的な基礎となる。

Fertilizer discharge process is a critical part of fertilizer application, as it affects the fertilizer discharge rate and uniformity of fertilizer application. In this study, a spiral grooved-wheel fertilizer discharge device was designed to replace the conventional straight grooved-wheel. Comparisons of the fertilizer discharge performance of the two grooved-wheel types were performed through tests and simulations using the discrete element method (DEM). The discharge performance of the two discharge devices was assessed by measuring the discharge mass rate, discharge uniformity, and the falling velocity of the fertilizer particles. Results showed that under similar conditions, the fertilizer discharge mass rate of the spiral grooved-wheel was higher than that of the straight grooved-wheel. The fertilizer discharge uniformity of the spiral grooved-wheel was much better than that of the straight grooved-wheel. The average falling velocity of fertilizer particles through the discharge spout was higher under the spiral grooved-wheel. The relative errors between the test and simulation results for the discharge mass rates, discharge uniformity, and particle falling velocities of the spiral grooved-wheel were all less than 10%. The developed spiral grooved-wheel exhibited a better performance than the conventional straight grooved-wheel, in all the aspects examined. The results serve as a theoretical basis for guiding the design of high-performance fertilizer applicators.