弹性片特性对压力补偿滴头水力性能的影响

为了探明弹性片性能与滴头水力性能之间的关系,提高建立压力补偿滴头设计方法,采用滴头样品进行水力性能测试,研究了弹性片硬度和厚度对迷宫流道结构滴头流量系数、流态指数、起调压力、补偿区间的影响.结果表明:弹性片硬度和厚度对滴头流量影响具有统计学意义(P≤0.01),且硬度对滴头流量的影响程度大于厚度;弹性片硬度和厚度均与流量系数、起调压力、补偿区间呈正相关关系,与流态指数呈负相关关系;存在适宜的弹性片特性范围,使不同结构压力补偿滴头拥有较小的起调压力、最小的流态指数和最大补偿区间.该试验滴头在弹性片硬度为60 HA、厚度为1.2 mm时,流态指数最小,其值为0.078.建立了弹性片特征参数与滴头流量、流态指数、起调压力和补偿区间的数学关系,可为压力补偿滴头的快速开发提供一定的理论依据.     

滴头锯齿型迷宫流道消能特性的流体动力学分析

在对所选取的3种代表性锯齿型迷宫式滴头流道参数进行精确测定的基础上,利用圆管紊流理论和CFD流场模拟软件对锯齿形迷宫流道的消能机理进行了研究。结果表明：光滑圆管紊流理论不足以解释锯齿型迷宫流道的消能机理;压力沿流道长度方向呈线性递减,各消能尖角单元压力损失相等,符合线性叠加规律;摩阻系数随着压力增加而降低,并很快稳定在一定数值上;在中、高压区滴头流道内部流动为紊流,在低压区可能存在从层流到紊流或者光滑紊流到全紊流的流态转捩行为。     

压力补偿式滴头结构优化及性能测试北大核心CSCD

灌水器作为滴灌系统的核心部件,其性能直接影响到滴灌系统的灌水质量和使用寿命。【目的】针对我国滴灌系统推广应用中普遍存在的灌水均匀度低、滴头易堵塞等技术问题,在对压力补偿式滴头工作原理研究的基础上,优化设计滴头的压力补偿区和流道结构。【方法】通过对比分析,选定硅胶作为弹性膜片的原材料,并确定了弹性膜片的结构参数;根据Ansys-Fluent软件模拟的不同流道结构的流场分布特点及流道不同结构参数条件下的水力性能特点,确定了滴头流道的结构形式和结构参数。【结果】通过产品试制及实测试验,研发的压力补偿式滴头的制造偏差系数为2.05%,流态指数为0.048,灌水均匀度为96.34%。【结论】结构优化的滴头的压力补偿性能好,灌水均匀度高,可在高效滴灌技术中进一步推广。     

基于流固耦合方法的压力补偿滴头水力特性研究

采用流固耦合方法对压力补偿滴头水力特性进行了数值模拟,得到了该滴头的压力流量关系、内流场分布及膜片变形量。通过与试验实测结果的对比分析表明,数值模拟与实测的滴头压力流量关系较接近,为研究压力补偿滴头内流场分布与水力特性之间的关系提供了一种新途径。     

压力补偿式灌水器补偿腔结构参数对颗粒运动的影响

为解决颗粒在迷宫流道压力补偿式灌水器内大量沉积或堵塞以致影响灌水器正常工作的问题,采用FSI模拟固定垫片变形后,基于CFD-DEM耦合模拟,经试验对比验证其可靠性后,设计单因素及Box-Behnken响应面试验,分析了压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数及其交互作用对灌水器抗堵塞性能的影响,通过建立回归模型预测灌水器颗粒停留率,综合判断灌水器的抗堵塞性能。结果表明：副流道截面积由0.018 mm²提升至0.054 mm²时,颗粒停留率降低5.09个百分点;压力补偿腔出口直径由1.4 mm下降至0.8 mm时,颗粒停留率降低2.87个百分点;且颗粒沉积受副流道截面积和压力补偿腔出口直径、副流道截面积和压力补偿腔直径两种交互作用影响显著,交互影响下颗粒停留率最低为7.67%。拟合出颗粒停留率与压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数的回归方程,可用于评判和预测灌水器抗堵塞性能,且推荐了一组副流道面积为0.051 mm²、压力补偿腔出口直径为0.894 mm、...     

迷宫滴头CFD分析方法研究

利用计算流体动力学CFD软件对3种不同流道结构的迷宫滴头进行了水力特性的数值模拟,得到了滴头流道内部的压力和流速分布,预测了滴头压力流量关系,同时将预测值与实测值进行比较。分析了现有CFD方法在预测迷宫滴头水力性能方面的优势,以及导致预测结果存在一定偏差的原因。对比了不同湍流模型、不同网格密度等因素对滴头内部流场计算结果的影响,提出了今后开展滴头CFD研究的发展方向。     

压力补偿式滴头结构优化及性能测试

灌水器作为滴灌系统的核心部件,其性能直接影响到滴灌系统的灌水质量和使用寿命。【目的】针对我国滴灌系统推广应用中普遍存在的灌水均匀度低、滴头易堵塞等技术问题,在对压力补偿式滴头工作原理研究的基础上,优化设计滴头的压力补偿区和流道结构。【方法】通过对比分析,选定硅胶作为弹性膜片的原材料,并确定了弹性膜片的结构参数;根据Ansys-Fluent软件模拟的不同流道结构的流场分布特点及流道不同结构参数条件下的水力性能特点,确定了滴头流道的结构形式和结构参数。【结果】通过产品试制及实测试验,研发的压力补偿式滴头的制造偏差系数为2.05%,流态指数为0.048,灌水均匀度为96.34%。【结论】结构优化的滴头的压力补偿性能好,灌水均匀度高,可在高效滴灌技术中进一步推广。     

滴头插入对滴灌毛管水头损失影响试验研究

为了提高滴灌毛管水力设计精度,通过试验研究了因滴头插入引起的毛管局部水头损失,根据试验现象分析了毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf、毛管局部水头损失系数ξ,与滴头类型、滴头间距以及雷诺数之间的关系.结果表明:对于不同的滴头和滴头间距,毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf差别较大.在相同间距下,迷宫流道滴头插入导致的hj/hf要大于压力补偿式滴头;对于同一类型滴头,滴头间距越小,局部水头损失越明显,hj/hf越大,且均大于微灌工程技术规范规定;若按规范取沿程水头损失的0.1～0.2计算局部水头损失,将导致滴灌工程设计中水头损失计算偏小.不同类型的滴头,毛管局部水头损失系数差异较大,其中迷宫流道滴头ξ基本在0.6以上,而压力补偿式滴头ξ为0.3～0.5,且ξ随滴头间距减小而增大、随雷诺数增大而减小,雷诺数越大,ξ变化越趋于平稳.通过对试验数据进行回归与统计分析,提出了毛管局部水头损失系数计算公式,相关系数R2为0.953.     

迷宫型灌水器流道结构与水力性能的模拟研究

为研究迷宫流道结构对灌水器水力性能的影响,利用有限元分析软件Femlab建立了不同流道断面面积和流道单元数模型,通过模拟得出灌水器流量压力关系和灌水器流速分布.分析表明:应用数值模拟的方法可以直观地反映灌水器内部水流运动规律;采用统计回归分析,灌水器的流量系数与断面面积呈正相关关系,与流道长度呈负相关关系;灌水器的流态指数变化不大;当流道长度和压力相同时,流量与流道断面面积呈正相关关系;当流道断面面积和压力相同时,流量随单元数的增加而逐渐减小,呈负相关关系.结果表明,采用有限元方法可以揭示迷宫型灌水器流道结构与水力性能之间的关系,对灌水器流道的结构设计具有一定的指导意义.     

齿形迷宫流道滴头消能过程的试验研究

由于齿形迷宫流道滴头的内部尺寸很小,利用常规仪器难以对其流道内的水压力分布规律直接进行测量。利用自行研制的试验装置,对迷宫式滴头齿形流道内部的压力分布状况直接进行测量,结果表明:该装置切实可行。实测的齿形迷宫式滴头流道内能量损失并非均匀降低,在不同工作压力区间段内压力损失比例存在差异,且随工作压力的变化,各齿段的消能比例也在不断的变化;当压力达到一定范围后,各齿段间的消能比例系数基本稳定不变。     

齿间角对迷宫灌水器水力特性影响的数值模拟

为了探究迷宫流道齿间角对灌水器水力性能的影响,应用CFD流场和速度场的数值分析方法,研究齿间角度分别为50°,60°,70°和80°时正齿型和斜齿型迷宫灌水器的流场和速度场随齿间角的变化规律.研究结果表明:相比于RNG k-ε模型和SST模型,标准k-ε模型的计算结果与试验结果更加接近;正齿型和斜齿型迷宫灌水器通道内主要存在2处低速回流区,即齿型的左上侧低速回流区和右下侧低速回流区;相比于正齿型迷宫灌水器,斜齿型迷宫灌水器左上侧的低速区域较多,而右下侧的低速区域较少;随着齿间角度不断增加,灌水器内的流量不断增大,斜齿型迷宫灌水器内的流量增加受齿间角度的影响更为明显;正齿型迷宫灌水器的流量系数较大,但流态指数较小, 齿间角度为70°的正齿型迷宫灌水器的流态指数在所有灌水器中最小,其水力性能最好.     

单齿型矩形迷宫灌水器水力性能的数值分析

以矩形流道灌水器以及加齿后矩形流道模型为研究对象,借助CFD流体分析软件FLUENT对不同尺寸的流道模型进行压力流量模拟分析,将分析后的结果以流道内最小过流断面为控制因素,进一步利用TECPLOT软件分析灌水器内速度流场的变化。结果表明,单齿型矩形流道迷宫灌水器的水力性能优于矩形流道迷宫灌水器;在同一种尺寸的矩形流道内加齿,随着齿高的增加,流量系数和流态指数均减小;当流道内加齿处的过流断面比保持一致时,流道的流量系数随尺寸的增加而增大;并且流道尺寸越大,加齿后流态指数降低程度越大,越有利于提高灌水器的灌水质量;相比于矩形流道灌水器,单齿型矩形流道具有较好的消能效率,为进一步研制高水力性能的灌水器提供一定的理论基础。     

膜片对压力补偿灌水器水力性能影响及内部流固耦合模拟

为了研究弹性膜片参数对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响和内部补偿腔压力补偿原理,以Supertif-03120-0003型号的压力补偿灌水器为原型件,通过3D打印技术制作管上式灌水器试验件,测试入口压力为0~350 kPa时的压力-流量曲线,分析弹性膜片(天然橡胶材质)的厚度与硬度对其水力性能的影响;借助ADINA软件,采用流固耦合的计算方法,分析了压力补偿灌水器内部补偿原理及水力性能.结果表明:弹性膜片厚度一定,随着硬度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势;弹性膜片硬度一定,随着厚度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势,在起调压力点之后,灌水器出流量的增长速率减慢,最终压力-流量曲线趋于平缓.在此灌水器内部结构下,膜片参数存在最优选择,即厚度为1.4 mm,硬度为50HA;压力-流量关系的数值模拟值与实测值比较接近,两者最大偏差小于5%,说明采用ADINA软件模拟得出的压力-流量关系与实测值具有较好的一致性.该方法为压力补偿灌水器的进一步研发提供了可视化途径.     

不同工作压力下穿孔形灌水器内的旋涡作用分析

为探究穿孔形流道内的旋涡对灌水器的抗堵塞与消能性能的影响,基于试验验证的数值模拟方法,对4种工作压力下流道中的流场分布、旋涡区的几何特征、涡旋强度及压力分布进行了分析,同时分析了该灌水器内不同粒径泥沙颗粒的运动情况.结果表明:旋涡区可对流道边壁进行持续冲刷清洗并减缓颗粒在流道内部的聚积,旋涡区可发挥抗堵塞作用;旋涡区内不同流速的流层间、旋涡区与主流区间、旋涡区与流道边壁间的摩擦作用都会消耗能量,旋涡区可发挥消能作用;旋涡区可在不同压力下形态稳定.以上分析表明,旋涡区在不同压力下稳定存在,并可提高滴灌灌水器的抗堵塞与消能性能,为灌水器的抗堵塞及水力性能优化提供参考.     

涌泉根灌灌水器外壳材料对水力性能的影响

对使用ABS、纯HDPE、HDPE+20%EVA、LDPE+20%EVA以及40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA这5种不同外壳材料制造的涌泉根灌灌水器,从外壳材料的收缩率、弹性模量、拉伸应变特点等方面研究了外壳材料对涌泉根灌灌水器出流特性的影响.结果表明,外壳材料对涌泉根灌灌水器的水力性能影响明显:外壳材料的模塑收缩率越大,灌水器外壳与内芯流道贴合越紧密,流量就越小;灌水器外壳的刚性越强,即材料的弹性模量越大,不同压力作用下灌水器的流量相差越小;相同制造工艺下,外壳材料的自然回弹率影响灌水器的制造偏差,材料的回弹性越好,得到的灌水器流量偏差越小.因此,为了得到制造偏差小、水力性能良好的涌泉根灌灌水器,对外壳材料的选配应平衡刚性及自然回弹性.推荐使用混合材料40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA用以制备涌泉根灌灌水器外壳.     

齿型迷宫灌水器抗堵塞性能分析与结构优化模拟

【目的】揭示齿型迷宫流道灌水器物理堵塞的内在流动特性成因,同步优化提出高抗堵型齿型灌水器流道结构。【方法】基于CFD数值模拟技术中的Workbench数值计算平台,对5种不同齿型流道结构(含改进后流道结构)的灌水器进行水砂两相流数值模拟计算,分析了不同齿型结构水流流速、流道内湍动能、湍动能耗散率分布规律及物理颗粒运动轨迹等。【结果】提出了齿型流道结构优化改进方案,优化后的流道结构增加了灌水器内低速区域面积和低速区域湍动能值,区间湍动能范围同比最高提升了52%～200%,同时提高了物理颗粒的运移速率,减少了颗粒运移路程和滞留时间,提升了齿型迷宫灌水器的抗堵塞性能。【结论】齿型流道灌水器的抗堵塞性能与流道内低速区的流体速度及流道内湍动能大小分布密切相关,流速和湍动能较大的区域不易造成堵塞;湍动能最大值均出现在主流区,并且在齿尖迎水区达到最大;湍流动能耗散率分布与湍动能分布具有十分相似的规律,湍动能耗散最严重的区域分布在齿尖处,齿尖结构对灌水器的消能效果起关键性作用。