多孔气流对水稻芽种精量吸附与成穴吹送规律研究

针对水稻芽种形状不规则、尺寸差异显著、流动困难等复杂条件，以"精量吸附、同步排种、成穴布种"为目标，项目申请者提出一种在正负压气流联合作用下利用群布小孔对水稻芽种精量吸附、成穴播种的新型气力播种技术，以解决杂交水稻难以实现机械直播的难题。申请者拟利用高速摄影技术研究芽种散体流动运动学和动力学规律，寻找实现芽种定量稳定流动和均匀充种的技术措施；采用有限元法研究近距多孔气流作用下单粒水稻芽种在气固两相混合流中的吸附、运移规律，运用计算流体动力学方法建立正负压多孔气流场中水稻芽种的数值模拟仿真气固两相作用模型，阐明正负压多孔气流对多粒芽种精量吸附、运移和控位分离的气固耦合作用机制，揭示新型群布小孔气力穴播排种器排种过程中定量小群芽种精量吸附、同步排出、均匀穴布的动力学机制，为水稻芽种及其他作物多孔气流精量穴直播技术研究提供重要理论基础。

针对水稻芽种形状不规则、尺寸差异显著、流动困难等复杂条件，以“精量吸附、同步排种、成穴布种”为目标，本项目开展了在正负压气流联合作用下利用群布小孔对水稻芽种精量吸附、成穴播种的新型气力播种理论与技术的研究，主要成果如下：研究了新型群布小孔垂直圆盘式气力精量穴播排种器的吸附机理，建立了群布小孔吸种概率模型，阐明了群布小孔对种子的吸附是以单一小孔吸附为基础的条件概率；建立了群布小孔擭种模型，提出了气吸式排种器从种子群中分离擭取种子的最小负压理论计算公式；分析了水稻种子在吸种盘上的吸附状态，提出了水稻种子以长轴方向平行于吸种盘面的横卧吸附是最优吸附方式的结论；对水稻气力式精量穴播排种器中的多孔气流场进行了模拟仿真分析，结果表明各组吸孔间吸附能力差别不显著，充种腔吸孔附近气流压强和流速变化梯度大，随吸附距离增加，吸孔吸附能力显著下降。以理论分析为基础，研制了一种水稻气力式精量穴播排种器，对其开展了性能试验，结果表明：群布小孔对种子的吸附近似正态分布形式；具有群布小孔的吸种盘对水稻种子的平均穴吸附量与吸气负压呈负指数关系；负压、转速、吸孔直径、清种装置、搅种装置等因素对排种器排种性能影响显著；随转速增加，吸孔吸附能力下降；当负压≥2.4kPa，转速≥25rpm时，负压和速度对吸孔吸附能力的影响均趋于缓和。对水稻气力式精量穴播排种器结构进行了优化，设计了直线型和导向型两种均能对水稻种子产生推送、支撑作用的搅种齿，其中导向型搅种齿适于籼稻播种，直线型搅种齿适于粳稻播种；设计了一种分层充种箱，提高了种子在种子箱中的流动性；设计了一种挡种板装置，减少了重吸种子因吸附力不足在离心运动下提前飞离吸种盘而产生的飞种现象。对水稻气力式精量穴播排种器进行了多因素排种性能优化试验，结果表明，在排种盘转速为30r/min、吸室负压为1.6kPa时，水稻气力式排种器排出1粒/穴种子的概率为18.7%，2粒/穴的概率为60.1%，3粒/穴的概率为18.2%，（1-3）粒/穴的概率为97%，空穴即0粒/穴的概率为0.9%，>3粒/穴的概率为2.1%。.在三年执行期内，共发表论文4篇（其中SCI/EI 收录4篇）；申请中国发明专利6 件(已获授权3件)；培养硕士研究生2人（已毕业1人）。