波纹管设计如何破解气动播种系统种子分布不均难题？

在现代农业机械领域，气动输送排种系统因其体积小、排种效率高、适应性强等优势被广泛应用，尤其符合当前高速机械化作业的发展趋势。这类系统主要由排种器、分配器、混种装置和输送管道等组成，通过高速气流将种子输送并分配到不同排种行，实现高效播种。然而，现有研究多聚焦于分配器、文丘里管等核心组件的优化，对输送管道这一关键环节的关注不足。种子在经过90度弯管后，由于惯性力作用容易在管道外侧形成颗粒束，导致后续分配不均，影响播种质量。如何通过优化管道结构，特别是波纹管的设计参数，来解决这一问题，成为提升气动排种系统性能的关键。

南京农业大学工学院何瑞银教授等提出了一种基于EDEM-Fluent耦合方法的波纹管结构优化方案，系统分析了波纹管参数对水稻颗粒在流场中分布均匀性的影响。相关文章已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）（DOI: 10.15302/J-FASE-2025651）。

研究团队首先通过数值模拟确定了管道的整体布局：水平管采用300毫米直管段，连接垂直波纹管作为过渡，以避免颗粒在弯管处堆积。随后，采用L₉(3⁴)正交试验方法，以波纹管出口均匀性变异系数为指标，对波纹圆半径、波纹管长度、波纹间距和波纹长度四个参数进行优化。结果显示，当波纹圆半径为8毫米、波纹管长度为500毫米、波纹间距为40毫米、波纹长度为16毫米时，管道内颗粒分布的变异系数达到3.46%，均匀性显著提升。

为验证优化方案的适用性，团队在室内台架上进行了不同流量条件下的试验。在颗粒质量流量为33.5、67.0、101克/秒三种工况下，波纹管长度在400−500毫米区间时，系统各行排量的变异系数均满足国家标准要求。其中，500毫米长度的波纹管在各流量下表现最优，变异系数分别为3.26% ± 0.46%、2.11% ± 0.54%和2.37% ± 0.27%。

研究创新性地提出了气动排种系统管道设计的三个基本原则：水平管采用直管设计以缩短垂直管气流稳定行程，垂直管初始段设置直管避免颗粒堵塞，波纹管最优长度400–500毫米以适应不同机型安装需求。通过EDEM-Fluent耦合模拟，研究还揭示了波纹管内颗粒运动的“碰撞耗散-涡流扰动”双重机制：波纹结构通过改变颗粒运动轨迹，增加颗粒间及颗粒与管壁的碰撞，同时利用涡流扰动促进颗粒分散，从而在较短管道长度内实现了均匀分布。研究成果为气力排种系统的优化提供了参考，对推动精准播种技术发展具有应用价值。