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。     

自动调流式滴头的内部流场数值模拟北大核心

根据自动调流式滴头的结构组成和工作原理,利用Auto CAD软件、计算流体动力学CFD技术的Fluent软件,建立由平角齿形消能流道和控制体形成滴头流量组合体的流体模型,并进行网格划分,分别以控制组合体的膜片开度0.5、1.0、1.5和2.0 mm为初始条件,以进口压力30、40和50 k Pa和壁面的粗糙高度、粗糙常数等为边界条件,采用SIMPLE算法的二阶迎风离散格式,对滴头的流量控制组合体进行水流运动通道内部流场的二维数值模拟,分析得出自动调流式滴头的平角齿形消能流道的速度矢量图、内部流场特征,在流道消能齿的单元处会产生独立的水流漩涡,容易引起灌溉水中杂质颗粒的累积、造成堵塞。为自动调流式滴头的结构优化改进、抗堵塞性和适宜工作压力取值范围提供了理论指导。     

自动调流式滴头的内部流场数值模拟

根据自动调流式滴头的结构组成和工作原理,利用Auto CAD软件、计算流体动力学CFD技术的Fluent软件,建立由平角齿形消能流道和控制体形成滴头流量组合体的流体模型,并进行网格划分,分别以控制组合体的膜片开度0.5、1.0、1.5和2.0 mm为初始条件,以进口压力30、40和50 k Pa和壁面的粗糙高度、粗糙常数等为边界条件,采用SIMPLE算法的二阶迎风离散格式,对滴头的流量控制组合体进行水流运动通道内部流场的二维数值模拟,分析得出自动调流式滴头的平角齿形消能流道的速度矢量图、内部流场特征,在流道消能齿的单元处会产生独立的水流漩涡,容易引起灌溉水中杂质颗粒的累积、造成堵塞。为自动调流式滴头的结构优化改进、抗堵塞性和适宜工作压力取值范围提供了理论指导。     

基于CFD可调式微滴头流场特性分析

为了提高中国北方干旱缺水地区灌溉效率,设计一种机械可调式微型滴头.为了探究不同工况下微型滴头内部流场分布特性,采用CFD方法并选择标准k-ε模型对滴头内部流场进行仿真计算,分析了装配长度分别为1.5,3.0,4.5 mm,入口边界条件分别为10,30,50 kPa滴头内部流场分布特性和滴头出入口流体物理参数变化特征.研究结果表明:随着配合长度的增加,微型滴头内部消能室的空间体积逐渐减小,“死流区”空间比例逐渐减小,滴头内部杂质积累率降低;随着入口压力值的增大,流道内部流速值也不断增大,出口流体活跃性也逐渐增强.     

新型微压侧翼迷宫滴灌带设计方法研究

利用计算流体动力学(CFD)技术对设计的一种新型微压滴灌带的水力特性进行了数值模拟,得到了灌水器内部的压力和流速分布,预测了压力流量关系。研究结果表明:该滴灌带灌水器的流量系数为0.4858,说明流道内为全紊流状态,有利于灌水器的消能,并可提高其抗堵塞性;灌水器进口及出口的压力变化很小,流道内沿水流前进方向压力均匀下降,流道单元相同时,压力变化幅度相同;流道内的流速可分为流道齿尖附近的主流区及齿脚附近的旋流区二个区,每二个单元之间的速度分布基本一致。采用CFD技术进行微压滴灌带结构设计是一种新方法,可快速准确地获得灌水器的水力特性,为其结构设计提供理论指导,同时大大缩短了研制周期,降低开发成本。     

灌水器迷宫流道结构参数数值模拟与抗堵塞分析

借助Fluent6.2CFD流场软件对齿形迷宫流道滴头内部水流特性进行了数值模拟,研究了流道参数齿角、齿尖参差量对灌水器流量的影响。齿尖角与流量之间呈正相关关系;进行抗堵分析时发现,齿角越小,湍急小体积的漩涡越多,越有利于消能和自清洗抗堵塞,而齿尖角越大,水流流线越平滑,越有利于水中颗粒的排出,因此在进行流道抗堵塞结构优化时,应综合考虑这二者之间的矛盾,根据设计流量选择适当的齿尖角;齿尖参差量与流量之间呈负相关关系,即相同齿角及压力条件下,参差量越大,出口流量越小,齿尖参差量对灌水器流量大小的影响与齿尖角度的大小有着密切的关系,随着齿尖角的增大,增大参差量,流量的减小幅度越大;进行抗堵分析时发现,参差量越小,流道的实际过流断面越大,越有利于水中颗粒排出。     

滴头流道中颗粒物质运移动态分析与CFD模拟

采用CFD模拟技术,对迷宫式滴头流道内不同质量浓度的悬浮颗粒运动情况进行数字化模拟计算,并采用两相流动力学理论对迷宫式滴头结构尺度下的悬浮颗粒的随流性进行了分析,研究结果表明,采用DPM模型对悬浮颗粒分布特点的模拟结果与已有试验数据吻合度较高,可以作为模拟的手段;水流中颗粒质量浓度对滴头内部流场有着较强的反作用,应在模拟过程中予以重视;根据Stokes数的计算结果,10%左右的颗粒随流性差,可以认为导致滴头堵塞的物质主要来自于这一部分颗粒。     

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。     

压力补偿滴头流动阻力分析与流量预测研究

为探究压力补偿滴头流动阻力产生的主要部位、变化及对滴头流量的影响,采用基于雷诺平均维纳-斯托克斯(RANS)模型的瞬态和稳态流固耦合计算方法,模拟研究了压力补偿滴头流体与弹性片之间的相互作用,分析了工作压力0~300kPa范围内弹性片变形、流动阻力与流量之间的关系。结果表明：数值模拟能够准确预测一定工作压力范围内压力补偿滴头的流量,不同工作压力下滴头流量模拟值与实测值的平均误差为12.32%。弹性片的变形经历快速变形、缓慢变形和长期微小变形3个阶段。随着弹性片变形程度增加,迷宫流道压力损失占比逐渐减小,压力补偿腔和副流道压力损失明显增加。流动阻力主要发生在迷宫流道、弹性片与凸台之间,弹性片接触凸台前,流动阻力主要取决于迷宫流道的能耗,滴头流量随工作压力的增加而增长。弹性片接触凸台后,流动阻力为工作压力的线性函数,滴头流量在一定压力范围内保持恒定;主流道结构影响压力补偿滴头的最小补偿压力,副流道结构对压力补偿滴头的流量调节作用具有重要影响。     

不同冲洗措施下迷宫流道灌水器泥沙运行分布机理研究

评估了3种冲洗流速（0.25、0.50、0.75m/s）和5种冲洗频率（2d冲洗1次、4d冲洗1次、7d冲洗1次、10d冲洗1次和无冲洗对照组）对内嵌式齿形迷宫流道灌水器抗堵塞性能的影响,利用激光粒度仪对水源泥沙、滴头排出泥沙、滴头内滞留泥沙进行级配对比和粒径分析,并对不同冲洗处理下灌水器的相对流量和灌水均匀度进行拟合。结果表明：冲洗处理对齿形迷宫流道灌水器抗堵塞性能有显著影响,12种冲洗处理提高了内嵌式齿形迷宫流道灌水器的输沙能力,使滴头使用年限平均提高了39.58%;在冲洗作用下,泥沙凝聚沉降的机会降低,流道内小颗粒泥沙及时排出,没有形成体积较大的团聚体,滴头堵塞形成缓慢,灌水均匀度和流量系数下降缓慢;冲洗处理能有效减少毛管内泥沙堆积,降低大颗粒泥沙进入迷宫流道的机率,从而提高了齿形迷宫流道灌水器的抗堵塞性能。     

涌泉根灌灌水器螺纹流道水力特性研究

针对涌泉根灌灌水原理,提出了一种新型的螺纹式涌泉根灌灌水器,并运用Pro／E三维造型、CFD数值模拟、快速成形及试验验证等方法对该新型灌水器的水力性能进行了研究,得到了不同长度流道的压力流量关系曲线和内部压力、速度分布图。结果表明,该流道水力性能良好,流态指数约为0．5,处于紊流状态,消能形式以局部水头损失为主,试验验...     

吸力式微润灌水器水力特性试验研究

在参照滴头水力特性检测方法的基础上,从流量变异系数、流量压力关系、水量分布均匀系数等角度研究了吸力式微润灌水器水力特性。结果表明,0.02MPa工作压力下微润灌水器流量变异系数均值为5%,流量变异系数随着压力的增大先减小后增大;流量随着工作压力的增加而明显增大,二者之间具有良好的幂函数关系;水量分布均匀系数在83%～93%之间变化,随工作压力的增加先增大后减小,为了尽可能保证灌水器出流量和灌水均匀,工作压力宜控制在0.018～0.025MPa之间。     

原料配比对 α-SiO2基微孔陶瓷灌水器性能的影响

选取石英砂为骨架材料,碳粉为造孔剂,高岭土、钠长石为粘结剂制备α-SiO₂-莫来石复相多孔陶瓷灌水器.研究了原料配比对多孔陶瓷灌水器性能的影响规律,得到了多孔陶瓷灌水器的最优配比.结果表明:石英砂含量过高易引起材料性能的下降.随着碳粉含量的增加,多孔陶瓷的孔隙率逐渐加大,密度逐渐降低.钠长石、高岭土含量的增大使得玻璃相的生成减少,晶相含量的上升,有利于改善强度.灌水器的流量随工作压力的增大而增大,其规律近似于线性.在同一工作压力下,随着造孔剂含量的增加,微孔陶瓷灌水器的流量也随之增加,这归因于微孔陶瓷孔隙的增加.多孔陶瓷灌水器渗透系数与孔隙率成幂函数关系.当原料中石英砂:碳粉:高岭土和钠长石质量比为60∶15∶25时,α-SiO₂基多孔陶瓷灌水器兼备良好的材料性能和水力性能,可以满足田间使用要求.     

新型螺旋式抗堵塞滴头研制

利用涡流原理 ,设计一种长流道螺旋式渐变水道的新型滴头。利用沿程与局部水头损失的消能和调节作用 ,保证了滴头出水有较高的均匀度 ;在流线型流道中的涡漩水流 ,形成了滴头的自冲洗和抗堵塞性能 ,配合以滴头的可拆卸设计 ,使滴头堵塞不再成为影响滴灌系统寿命和灌水质量的一大难题     

薄壁内镶贴片式滴灌带有限元水力计算方法及设计

为了提高滴灌系统水力设计的准确性,基于有限元原理,提出一种计算薄壁内镶贴片式滴灌带能量损失和灌水均匀度的方法,局部水头损失根据贴片式滴头结构、管内压力和管道壁厚确定,沿程水头损失通过改进Darcy－Weisbach公式编写计算机程序,分析了不同滴灌带的水头损失及均匀度变化规律,并与《微灌工程技术规范》中推荐计算方法的结...     

弧型迷宫流道灌水器颗粒运移状态分析

弧形迷宫灌水器的消能方式主要为沿程水头损失,弧齿形迷宫灌水器主要为局部水头损失;弧形迷宫流道抗堵塞性能优于弧齿形,但其水力性能较差;颗粒在流道中发生旋转的临界速度约为0.5 m/s,当小于此速度时,颗粒易在漩涡处发生旋转,当大于此速度时,颗粒容易逸出漩涡进入主流道。因此,在设计弧齿形迷宫流道时,借助AutoCAD建模和计算流体动力学CFD数值模拟以及低成本PIV试件观测,减少流道内颗粒速度在0.5 m/s以下速度场的分布,以提高灌水器的抗堵塞性能。     

Total energy loss assessment for trickle lateral lines equipped with integrated in-line and on-line emitters

The accurate evaluation for the pressure head distribution along a trickle (drip) irrigation lateral, which can be operated under low-pressure head, dictates to precisely determine the total energy (head) losses that incorporate the combined friction losses due to pipe and emitters and, the additional local losses, sometimes called minor losses, due to the protrusion of emitter barbs into the flow. In routine design applications, assessment of total energy losses is usually carried out by assuming the hypothesis that minor losses can be neglected, even if the previous experimental studies indicated that minor losses can become a significant percentage of total energy losses as a consequence of the high number of emitters (with reducing the emitter spacing) installed along the lateral line. In this study, first, simple mathematical expressions for computing three energy loss components—minor friction losses through the path of an integrated in-line emitter, the local pressure losses due to emitter connections, and the major friction losses along the pipe—are deduced based on the backward stepwise procedure, which are quickly implemented in a simple Excel spreadsheet, to rapidly evaluate the relative contribution of each energy loss component to the amount of total energy losses. An approximate combination formulation is finally proposed to evaluate total energy drop at the end of the lateral line. For practical purpose, two design figures were also prepared to demonstrate the variation of total friction losses (due to pipe and emitters) with emitter local losses, and the variation of pipe friction losses with emitter minor friction losses, versus different emitter spacing ranging from 0.2 to 1.5 m, and various total number of emitters, regarding two kinds of the integrated in-line emitters. Comprehensive comparison test covering two design applications for different kinds of integrated in-line and on-line emitters indicated that the present mathematical model is simple, can be easily adaptable, but sufficiently accurate in all design cases examined, in comparison with the alternative procedures available in the literature.     

滴灌灌水器流道设计理论研究若干问题的综述

灌水器是滴灌系统最关键的部件之一,其结构与水力性能的优劣对滴灌系统的灌水均匀性、抗堵塞能力以及寿命影响很大。在简要论述国内外滴灌灌水器流道发展现状的基础上,从灌水器流量压力关系、流道内流体流动机理、流道堵塞与防治三个方面详细阐述了灌水器流道设计理论的研究进展,最后提出了滴灌灌水器流道的发展趋势以及国内在灌水器流道设计理论研究中急需解决的问题。