滴灌灌水器迷宫流道的内部流体数值模拟与流动分析

【目的】研究滴灌灌水器的结构参数对其水力性能的影响。【方法】提取齿形迷宫流道灌水器齿宽、齿底距、齿高为结构控制参数,在CAD几何建模的基础上,应用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的流体分析软件FLUENT,对灌水器迷宫流道内流体的流动进行数值模拟,得到流量压力关系以及流场可视化图,由此分析了各参数对灌水器性能的影响,以及流道内水流的速度矢量分布规律。【结果】当齿高保持恒定时,齿宽和齿底距均与流量、流态指数呈正相关关系,且齿宽对流量、流态指数的影响较齿底距更显著;而齿宽和齿底距保持不变时,齿高与流量、流态指数呈负相关关系。【结论】齿宽相对越小,灌水器消能效果与抗堵塞性能越好。因此,可以通过适当减小齿宽和齿底距、增大齿高等措施改善灌水器的水力性能。     

结构参数对梯形流道水力性能及抗堵塞性能的影响

【目的】研究梯形流道结构参数对灌水器流量、流态指数及抗堵塞性能的影响,为滴灌系统中灌水器的设计提供参考。【方法】通过测试平台对16种梯形流道物理模型的水力性能和抗堵塞性能进行测试,分析梯形流道结构参数转角、齿高、上底宽、流道宽、偏差量等对灌水器流量、流态指数及抗堵塞性能的影响。【结果】流道转角对灌水器流态指数、抗堵塞性能有显著影响,随着流道转角的增大,流态指数及抗堵塞能力显著下降;上底宽对流量、流态指数也有显著影响,随着上底宽的增大,流量增加,流态指数增大;齿高、流道宽及偏差量对流量、流态指数和抗堵塞性能无显著影响。【结论】在梯形流道设计时,应当综合考虑转角的选择,同时为了保持合理的流态指数,应当尽量减少上底宽。     

迷宫型灌水器水力性能模拟研究

滴灌系统近年来发展很快,广泛应用于各种不同的作物,尤其在我国北部地区得到了大量的推广应用。影响滴灌灌水器水力性能的重要单位是滴灌灌水器中的迷宫流道,选定典型滴灌灌水器的结构.文章结合流道结构试验数据,对其进行系统的分析计算与数值模拟,揭示影响迷宫流道水力性能的主要因素,提高滴灌灌水器的抗堵塞能力,对迷宫流道结构进行优化设计。笔者以梯形迷宫流道为研究对象,以齿高、转角、上底宽为研究参数,基于CFD的前置处理器gambit绘制几何模型,滴灌灌水器的梯形迷宫流道充分利用fluent进行数值模拟。进而研究滴灌灌水器迷宫流道结构参数对水力性能的影响,以及压力场、流速场的可视化分析。从结论可得,在齿高、上底宽、转角三个主要因素中,齿高对流态指数影响较不明显,上底宽和转角对流态指数的影响较大。     

迷宫灌水器中泥沙淤积特性研究

【目的】研究泥沙颗粒引起的灌水器堵塞问题,为高抗堵性灌水器的研制提供参考依据。【方法】在灌水器90°和45°2种放置方式下,测试并分析了不同含沙量(0.5,1.0,1.5和2.0 kg/m3)、不同灌水器进口压力(0.09,0.06和0.03 MPa)下,浑水中的泥沙在迷宫灌水器中的淤积现象、淤积部位、淤积过程、淤积量及浑水流量的变化。【结果】①试验中泥沙在灌水器中间段与进、出口段发生淤积的概率分别约为18%和37%~45%。②两种灌水器放置方式对泥沙在其中淤积的部位与过程没有明显影响。③迷宫灌水器中泥沙的淤积与普通管道中泥沙的沉积现象有很大差异,其特殊的边界可能使其中水流在较小流速时仍具有一定的紊动能,从而不出现泥沙在流道纵断面方向的沿程沉积现象。【结论】①泥沙在迷宫灌水器中的淤积表现为起始淤积单元的随机性与淤积部位的规律性。②泥沙在迷宫流道中的淤积是一个既突然又逐步发展的过程,且总是充满流道的整个横断面。③泥沙淤积发生以后,通过灌水器的浑水流量会很快大幅度下降,并且随着淤积向上游的持续发展,流量逐渐减小。④浑水含沙量的提高会加快泥沙在灌水器中的淤积过程。     

迷宫流道结构参数对水力性能影响的模拟研究

利用CFD数值模拟方法代替传统水力性能试验对不同结构参数尺寸的齿形迷宫滴头流道内流场进行模拟计算,充分发挥其快速、低成本的优势,选取流量系数、流态指数和水头损失系数3个指标来分析齿形迷宫滴头流道结构参数对滴头工作性能影响的规律.结果表明,齿角度α对流量系数的影响最大,其次是偏差量J,齿高h对其影响最小;齿角度α对流态指数的影响最大,其次是偏差量J,齿高h对其影响最小.     

灌水器水力性能参数的计算方法

在充分考虑灌水器流道边界条件以及各种微尺度因素影响的前提下,具体描述了灌水器的灌水均匀度、流道长度、流量、压力等主要水力学性能参数。应用流体力学的一般原理分析了灌水器微小流道中流体流态特征,并且利用N-S方程和灌水器的水头损失描述灌水器微内流场,并建立了微小流道中流体K-E紊流模型。对国内外现有的滴灌灌水器流道设计理论进行综述,为新的高性能、低成本灌水器的自主开发打下基础。     

微灌系统堵塞原因和抗堵方法探讨

微灌是节水灌溉技术中效率最高的一种,但微灌系统的灌水器极易堵塞,严重影响该系统的正常工作。主要从灌溉水源、灌溉方式、灌水器构造3方面分析微灌系统堵塞的原因,并从灌水器构造、灌溉水化学处理、灌溉系统管理3方面探讨抗堵方法,以期解决微灌系统的堵塞问题,提高微灌系统的灌水效率。     

滴灌灌水器流道内流体流动的数值模拟

利用Fluent软件对滴灌灌水器流道内流体流动进行了数值模拟,得到了流道流速分布图,对滴头流道结构进行了优化设计,采用了圆弧形流道结构.通过优化前、后的速度分布图可知:优化后的滴头流道涡旋区和速度滞止区基本消除,虽然在拐弯处的小部分区域内流体流动速度仍然有所偏高,但是从流道整体来看,优化后的流道内主流速度分布较均匀,且...     

微灌灌水小区水力算法改进及算例分析

改进一种对由支、毛管均为顺逆坡铺设时所构成的灌水小区的水力计算详算法。该法将用于一条毛管水力计算的详算法扩至整个灌水小区,将一条毛管在支管上双向布置位置选择扩至小区内均为顺、逆坡布置的支管和所有毛管,通过计算机快速求出各管段、各孔口的压力、流量值。通过实例计算表明,灌水小区内灌水器流量的平均值等于灌水器设计流量,满足规范规定的设计要求。同时,该计算方法可为微灌灌水小区压力、流量的确定和设置压力（流量）控制（调节）设备提供理论设计参数依据。     

基于Pro/E和Gambit嵌入式对灌水器流道建模的研究

介绍了基于Pro/E和Gambit嵌入式对微尺度流道的复杂模型建模,该方法具有建模周期短、网格质量高、计算结果准确合理的特点,克服了Gambit对复杂模型建模的缺陷,可改进灌水器内部结构。     

Anti-clogging performance evaluation and parameterized design of emitters with labyrinth channels

The anti-clogging performance of emitters with labyrinth channels is a key factor affecting their long-term service. Considering the limitation of evaluation on emitter's anti-clogging performance at present, a new method using passage rate of particles as the evaluation index was proposed based on stochastic trajectory model in a Lagrangian reference frame. Using orthogonal design, the passage rates of particles of 16 trapezoidal labyrinth channels with various geometries were calculated, where 4 dimensionless parameters were taken as the factors. The results obtained from analysis of range and variance showed that the influence degree on passage rate of particles ranks as follows: α > D/W > S/H > H/D. A mathematic model was established between the particle passage rate and 4 key parameters according to the multivariable regression method, which can be used to predict and compare the anti-clogging performance of trapezoidal labyrinth channels with different geometries.     

斜式进水流道的优化水力计算

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε紊流方程组的方法，模拟斜式进水流道内的流场，并在此基础上对三种角度的斜式进水流道进行优化水力计算，给出了斜式进水流道最优水力设计准则     

小波和傅里叶相融合的彩色木材图像增强

针对现实生活中彩色图像普遍存在不清晰和对比度差的情况,在RGB模型上提出了一种新的彩色图像增强算法,并且应用到了木材图像领域。将彩色木材图像分解为RGB3个通道,首先使用滤波器把3个通道分别分解成高低频子带;然后使用傅立叶变换和小波变换相融合的方式进行锯齿检测,同时进行阈值判断;之后对检测到的锯齿进行消除,低频子带使用方向自适应滤波器,高频子带使用小波收缩函数进行消除;再使用小波逆变换返回3个通道;最后将3个通道还原成彩色图像。结果表明,该方法和传统方法相比较,可以有效保持图像的边缘特征,达到增强效果。以樟子松微观横截面为例,峰值信噪比PSNR提高了5.05,信息熵提高了3.14。本研究同时采集了榆木微观横截面、杨木宏观横截面和云杉微观横截面,其图像均得到增强。     

圆柱式滴头内镶及外包对滴灌毛管水力特性影响的模拟研究

目的 研究圆柱式滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性的影响。方法 对2种内镶式滴灌毛管和1种外包式滴灌毛管进行灌水试验,同时采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对3种滴灌毛管进行数值模拟并验证。在此基础上,对不同滴头流量下内镶式及外包式滴灌毛管水头损失及铺设长度进行模拟计算。结果 滴头内镶式及外包式滴灌毛管总水头损失模拟值略低于实测值,滴头外包式滴灌毛管模拟值与实测值相对偏差较小;滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性影响显著,滴头外包式滴灌毛管相较滴头内镶式滴灌毛管总水头损失较小,总水头损失减小比例超过49.2%,且随滴头流量增加总水头损失减小比例逐渐增大;滴头外包式滴灌毛管最大铺设长度较滴头内镶式滴灌毛管更长,长度增加了21.6%~56.9%;滴头内镶式滴灌毛管总水头损失相对更大的主要原因是断面流速再分布引起压力梯度急变消耗了大量水流能量。结论 滴头外包式滴灌毛管水力性能优于滴头内镶式滴灌毛管,对于长距离经济作物滴灌系统设计,可优先考虑滴头外包式滴灌毛管。     

Evaluations of emitter clogging in drip irrigation by two-phase flow simulations and laboratory experiments

Emitter clogging will affect greatly the irrigation efficiency and the running cost of a drip irrigation system. If there is an effective method to predict the emitter clogging, the lost will be reduced to a minimum. A solid–liquid two-phase turbulent model describing the flow within drip emitters was studied. Then, the moving trace and depositing feature of suspending solids in emitter channels were obtained by computational fluid dynamics (CFD) based on the turbulent model established, which provided some visual and direct evidences for predicting the clogging performance of drip emitters. The three types of emitters with novel channel form, including eddy drip-arrows, pre-depositing drippers and round-flow drip-tapes, developed by us were used in this study. The simulation results showed that the solids moved along a helical path in the eddy drip-arrow, but no obvious deposition existed in its interior channel. In the pre-depositing dripper, some solids concentrated in the parts of “depositing pones”. In the round-flow drip-tape, a small number of solids adhered to the out-edges of every channel corner, which was a potential factor for the occurrence of emitter clogging. To verify the predictions from the CFD simulations, series of “short-cycle” clogging tests for the three emitters were conducted in laboratory. The statistical data of discharge variation caused by emitter clogging were in good agreement with the two-phase flow CFD simulations.     

喷播机液压转向集成块典型孔道结构流场分析及优化

针对喷播机原有液压系统管路结构复杂,容易泄漏,振动和噪声大的问题,将液压转向集成块应用在喷播机转向机构中,并且利用FLUENT软件对其特征孔道的流场进行数值仿真研究。结果表明:1)集成块可以有效减少原有液压系统管路结构,使液压系统结构紧凑,实现元件之间无管道连接,同时减少了系统泄漏、振动和噪声;2)通过分析孔道结构对其内部流场的影响,验证了集成块孔道内部压力损失与孔道结构以及流体的速度有关,在工作条件允许的情况下,应降低流体的速度,以减少压力损失;3)通过优化孔道结构可以降低压力损失,如T型孔道中增加工艺孔,可使压力损失降低8%左右,当进油口孔道和出油口孔道直径不一致时,建议出油口直径取0.8~1.2倍进油口直径。     

基于HYDRUS-2D软件的土壤水力特征参数反演及间接地下滴灌的土壤水分运动模拟

间接地下滴灌是一种能有效减少地表蒸发、提高水分运输效率的新型滴灌方式。虽然土壤水分运动模拟已成为优化滴灌的重要工具,但由于土壤水力特征参数难以确定,模拟结果往往不够精确。为此,基于室内间接地下滴灌实验数据,利用HYDRUS-2D软件对土壤水力特征参数进行反演尝试,并探究边界均匀出水时,不同规格(直径、高度)的间接地下滴灌导水装置下形成的土壤水分分布差异。结果表明,HYDRUS-2D软件能有效地反演土壤水力特征参数,用反演参数模拟的土壤含水量和湿润距离与实测值吻合良好,基于3个反演参数和4个反演参数的模拟效果差异不大,计算模型的纳什效率系数分别为0.716和0.714。灌溉时不同直径、相同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响不大,而相同直径、不同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响较大。研究结果可为间接地下灌溉时导水装置规格的选取与农业水分精准管理提供科学依据。     

钟形进水流道的优化水力计算

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε紊流模型方程组的方法，模拟钟形进水流道内水流的流动，并在流场数值模拟的基础上对钟形进水流道进行优化水力计算，给出了钟形进水流道最优水力设计准则。     

压力补偿滴头抗堵塞性的数值模拟研究

【目的】用数值模拟方法研究压力补偿滴头的抗堵塞性,为灌溉滴头的结构改进提供参考。【方法】以孔口式压力补偿滴头为对象,综合运用流固耦合与液固两相流的数值模拟方法,分析压力补偿滴头在不同入流颗粒粒径（0.01,0.02,0.04和0.06 mm）及体积分数（0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%和1.2%）下,压力补偿滴头的内流场及颗粒体积分数分布规律。【结果】在供试颗粒粒径及体积分数范围内,压力补偿滴头流道内局部颗粒体积分数升高,容易发生沙粒沉淀;同一位置处水的速度较固体颗粒大;随着入流颗粒粒径及体积分数的增大,滴头出流量略有减少,但仍达清水流量的94.7%以上;入流颗粒体积分数相同时,颗粒粒径越大,流道内最大颗粒体积分数越大。【结论】改进压力补偿滴头环形流道的入口结构能提高其抗堵塞性;提高灌溉系统抗堵塞性需同时提高滴头抗堵塞性并改进过滤设施。     

曝气池内气液两相流CFD模拟

对曝气池反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟采取了双流体模型,液相湍流采用标准k-ε方程,两相间的动量传递只考虑曳力作用。模拟获得了曝气池内的液速及不同径向位置的轴向液速分布、气含率分布等,结果表明,气泡刚开始以直线垂直上升,过一段时间后,气泡的运动开始偏离轴中心,气泡群开始发生了摆动;随着气体速度增大,气含率分布变宽,气含率增大,液体循环液速也在增大,气液之间混合越充分,曝气效果越好。