改进的滴灌双向流道结构参数对水力性能影响

为了在现有滴灌管(带)生产设备加工成型,改进了滴灌双向流道结构.针对这一新型流道,探索分析流道结构参数对其水力性能的影响.以流道4个关键结构参数为因素,基于正交试验设计方法,设计16组方案并制作流道样件,进行水力性能试验.采用极差分析和方差分析研究各结构参数对水力性能的影响效应.利用多元线性回归,建立流态指数和流量系数与4个结构参数的回归模型.结果表明,流道过水宽度,对流态指数的影响最显著,分水件与边壁距离的影响最小;分水件与边壁距离对流量系数的影响最大.回归模型效果显著,且准确度较高,可用于流道流态指数、流量系数的预测,研究结果可为新型双向流道的参数化设计及其结构优化,提供一定的理论指导.     

涌泉灌双向流流道稳流器工作机理与水力性能分析

为了研究双向流稳流器流道结构的水力特性,以其内部双向流形成装置和结构参数为研究对象,取流道结构参数八字形分水件张角α,V字形挡水件张角β、八字形分水件中部过水孔宽度d为因素安排试验方案,利用激光精雕技术制作稳流器样机进行水力试验,测得0.05~0.21 MPa等9个不同压力对应的流量值,应用多元回归拟合其流态指数在0.476~0.501,其水力性能良好;同时采用水力学计算方法,计算当稳流器工作水头分别在5~15 m时,流道总局部损失系数为18.3~19.8,大约是1组传统流道形式局部损失系数的4~10倍,从水力学计算的角度表明双向流流道消能效果的优越性;采用Minitab软件的Gauss-Newton算法进行多元回归,迭代次数设为200次,建立流态指数与结构参数之间的回归方程,通过显著性检验和相关系数检验结论一致,均显示回归效果具有统计学意义,且各因子的系数均有意义,为其流道参数化设计、结构优化以及在农业工程中的研发与应用提供了理论依据.     

基于正交试验的三角环流流道灌水器数值模拟

针对目前灌水器结构形式单一的现状,构造出一种新型的三角环流灌水器.利用Pro/E软件完成灌水器造型,运用Fluent 6.3对灌水器内部流场进行了数值模拟.以三角环流灌水器流道的关键结构参数为因素,以灌水器的流态指数和流量为试验指标,对灌水器进行了正交试验设计,并应用极差与方差分析法分析了流道关键结构参数对流态指数和流量的影响度.结果表明,三角环流灌水器的流态指数的值在0.5左右,水力性能良好;流道宽度对流态指数的影响最显著,而流道深度、进口尺寸和单元高度对流态指数没有显著影响;流道深度、宽度、进口尺寸和单元高度对灌水器流量均有显著影响,且影响程度递减.通过多元线性回归分析,建立了灌水器流量和流态指数与流道结构参数之间的回归模型,可为三角环流灌水器结构设计与量化分析提供理论依据.     

改进型双向流流道滴灌灌水器参数设计研究

为研究改进型双向流流道滴灌灌水器水力性能及其与结构参数之间的关系,利用正交试验设计法,取灌水器的6个结构参数作为因素,形成25组方案,在0.05～0.25 MPa 5个不同压力下,进行水力性能测试。结果表明,25组方案流态指数为0.401～0.498,0.10 MPa时的最小流量为1.50 L/h,其水力性能良好,且流量相对较小。极差分析结果显示,挡水件与流道上壁间夹角α对流态指数影响最大,且呈正相关;利用回归分析,建立6个结构参数与流态指数间的回归模型,结果显示其相关性良好;试验验证表明,该回归模型能较准确地预测流态指数,实现了改进型双向流流道参数化设计,并对其结构优化具有一定的理论参考。     

滴灌三角形迷宫滴头水力性能稳健性分析

由于滴灌滴头流道曲折复杂,各种结构参数都不同程度地影响着滴头水力性能,滴头水力性能分析时,很难建立显式的解析模型.为此提出基于移动最小二乘响应曲面法建立滴头水力性能可靠性指标对应结构影响参数的灵敏度分析模型.结果表明,滴头流道流量系数的可靠度对流道长度和流道宽度的均值灵敏性较强,对流道转角的均值灵敏性较差;滴头流道流态指数的可靠度对流道宽度和流道转角的均值灵敏性较强,对流道长度的均值灵敏性较差;基本变量标准差的增加会降低滴头流道流量系数和流态指数的可靠度.基于移动最小二乘响应曲面滴头水力性能可靠性灵敏度分析结果与通常的定性分析结果一致,验证了本方法的有效性.     

滴灌灌水器三角形迷宫流道优化设计

为了研究三角形迷宫流道滴灌灌水器的水力特性,将其结构作为研究单元,以流道转角、流道宽度和齿高3个结构参数为因素,采用均匀设计方法设计出10个结构参数组合方案.对于每个参数方案,通过AutoCAD对灌水器流道进行三维造型设计,采用计算流体动力学软件Fluent 6.2对流道内部流体的流动状态进行数值模拟,并且模拟分析灌水器内部流道的水力性能和流场特性,得到流道内部流场可视化图像,同时计算不同压力对应的流量值,通过回归分析建立压力与流量之间的量化关系和回归曲线图,并获得其流态指数.在此基础上,根据10个组合方案数据,通过多元回归计算,建立流态指数与结构参数之间的数学关系.以流态指数最小为目标,采用遗传算法,获得结构参数优化设计方案,得到一种流道内速度均匀分布、压力变化均匀递减、流量大小控制在滴灌允许范围之内、水力性能优良的三角形迷宫流道灌水器,可为三角形迷宫流道灌水器的参数化结构设计、制造中的精度控制以及最终的研发提供理论依据.     

基于约束多目标粒子群算法的倒刺型流道优化

为了提高灌水器的综合性能,根据边界层分离现象,提出一种倒刺型迷宫流道,并对流道结构进行多目标优化.制作等比例玻璃试验件,采用粒子图像测速技术验证计算结果.针对水力性能和抗堵性能目标,将流道结构参数作为试验因素,以流量、流态指数及粒子通过率为性能指标进行正交试验,总结结构参数对性能指标的影响,通过回归分析得到结构参数与性能指标间的函数关系,提取25组正交组合结构单元的流速场,分析圆角区和倒刺背水区涡旋对内部流场和颗粒运动的影响.将流量函数作为约束条件,将具有极小值极性的流态指数和具有极大值极性的粒子通过率作为目标函数,采用约束粒子群算法对流道结构进行多目标优化,在等权重时从Pareto解集中得到唯一解,优化后模型流态指数为0.483,粒子通过率为0.955,流量为2.17 L/h.可见采用上述约束优化设计方法,得到的结构组合可满足流量约束并具有最优综合性能.     

基于灰关联分析的卡门涡街形流道多目标优化

借鉴流体力学中的卡门涡街形状来设计滴灌灌水器的流道结构。提取关键结构参数,采用数值模拟方法进行正交试验,研究结构参数对性能指标的影响。考虑灌水器水力性能与抗堵性能对流道结构要求的矛盾性,在正交试验的基础上采用灰关联分析的方法,进行流道结构多目标优化。最终优化得到的卡门涡街形流道突扩、突缩、漩涡运动耗能明显,具有良好的水力性能,而且边界光滑无流动死角,沙粒不易在流道内沉积,具有良好的抗堵性能。通过正交试验与灰关联分析结合,获得了流态指数为0.498,粒子通过率为0.951的综合性能良好的滴灌灌水器流道。证明了正交试验基础上的灰关联分析,是面向水力性能与抗堵性能的灌水器流道多目标优化的有效方法,为灌水器流道优化提供了一种良好途径。     

齿型迷宫流道灌水器水力性能数值模拟研究

【目的】定量探究流道结构参数与灌水器水力性能之间的互馈关系。【方法】研究齿角度(a)、齿底距(b)、齿高度(c)和流道深度(d)4个关键因素,选用L18(37)正交试验设计方案,通过室内测试与数值模拟,定量分析了流道结构参数对其水力性能的影响。【结果】采用四面体含边界层网格或混合多面体网格的模拟精度最高,采用标准k-ε计算模型,流量偏差率可控制在6.00%的误差范围内,可推荐作为齿型流道结构灌水器数值模拟时的参考设置模式;按显著性水平α=0.1检验,流道深度和齿高度对流态指数存在显著影响;此外,研究构建了流态指数与齿型灌水器关键结构参数之间的定量多元线性回归方程为;X=4.67×10-4a-0.005 4b-0.016 1c+0.041 7d+0.442 2,流量系数的回归方程为:K=0.211 1a+2.822 4b+1.796 5c+8.247 8d-11.584 9。【结论】齿型流道结构滴头的网格划分宜采用四面体含边界层网格或混合多面体网格型式,且流态指数和流量系数与齿型灌水器关键结构参数之间的关系可以通过多元线性回归方程表示。     

弧形流道结构参数对灌水器水力性能影响的数值模拟

应用计算流体动力学CFD数值软件FLUENT6.3,模拟了滴灌灌水器弧形及弧齿形二种结构形式流道的流场水力性能。结果表明,弧形流道的消能方式主要为沿程水头损失,弧形流道灌水器的流态指数在0.7左右,而弧齿形流道中存在许多流动漩涡区,因此,其消能方式主要为局部水头损失,弧齿形灌水器的流态指数在0.5左右。通过对比分析认为:弧齿形流道水力性能优于弧形流道,可以通过结构参数优化设计,减小0流速区域,强化旋涡区,提高弧齿形灌水器的水力性能与抗堵塞能力,灌水器设计中推荐采用弧齿形流道结构形式。     

多孔孔板水力空化可视化与数值模拟

基于自行搭建的多孔孔板空化反应装置,采用高速数码摄影和长工作距离显微成像技术,对多孔孔板中心孔内和孔板末下游进行空化特性试验研究,并分析了入口压力、空化数等参数对孔板水力空化的影响。试验结果显示:随着入口压力升高,孔内空化数不断下降且开始产生空化。孔板内和孔板下游都有空化区存在,且孔内空化对下游空化区影响大。数值模拟结果显示孔内空化与试验相符合,且下游空化区的产生是由孔内空化云脱落至下游漩涡区引起的。     

几何参数对矩形微通道内流体流动特性的影响

以试验手段对8根不同水力直径矩形微通道内蒸馏水的流动特性进行研究,测量得到了矩形微通道内流体流动时摩擦阻力系数f和摩擦常数P_o随Re数的变化规律,分析了矩形微通道水力直径、深宽比及长径比等几何参数对其内流体流动特性的影响规律和方式.结果表明:对于深宽比相同的微矩形通道,水力直径或长径比的减小都将引起内流体流动的f值和Po值的增大;而对于长径比相近而深宽比不同的矩形微通道而言,随着深宽比的减小,微通道内的f值和Po值也将增大;文中研究范围内,深宽比对矩形微通道内流体流动特性的影响更大;矩形微通道内流体流动的摩擦阻力系数是水力直径、深宽比及长径比等几何参数的复杂函数.     

隔板长度对紧凑型高速磁力泵水力特性及叶轮径向力的影响

为探究蜗壳内隔板长度对紧凑型高速磁力泵外特性与叶轮径向力的影响,根据蜗壳型式及隔板长度的不同提出6种蜗壳方案.设单蜗壳为方案一,其余双蜗壳方案根据隔板长度从小到大依次设为方案二至方案六.采用ANSYS-CFX软件对不同工况下(0.8Q_d,1.0Q_d,1.2Q_d)各蜗壳方案泵内流场进行数值模拟,得到不同蜗壳方案的泵中心面静压分布云图,并进行径向力分析.采用方案四蜗壳作为泵实型样机进行试验,将试验值与计算结果进行对比.研究结果表明:相较于无隔板的单蜗壳泵,采用有隔板的双蜗壳泵有利于平衡叶轮径向力,在额定流量下单蜗壳在x,y方向的径向力最大分量分别为151.2,149.7 N,是双蜗壳方案四的1.5倍;随着隔板长度的增大,泵的扬程与效率均逐渐提高,叶轮径向力不断减小,3种工况下扬程的模拟值与试验值偏差均小于3.0%;试验表明数值计算结果具有可信性,研究结果可为紧凑型高速磁力泵在提高水力性能以及平衡叶轮径向力方面提供一定参考.     

轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响

为了寻找贯流式水轮机中导叶与转轮轴向间距的合理取值,在保证其结构紧凑性的同时,获得良好的水力性能,在其他主要参数不变的情况下,通过试验与数值计算相结合的方法,分别对导叶与转轮之间轴向间距s值为30, 40, 50, 60和70 mm 的微贯流式水轮机模型进行全流场数值计算,研究轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响.结果表明:水轮机的水头随着轴向间距的增大而增加,水轮机的轴功率随着轴向间距的增大呈现先上升后稳定的趋势;综合各流量条件,水轮机通常在适中的轴向间距下取得较高的效率,该模型在s=40 mm时效率达到最高.选择适中的轴向间距可以改善转轮叶片表面压力分布和流态;过大的轴向间距会导致转轮进口发生负撞击,出现脱流现象;转轮出口的湍动能随着轴向间距的扩大而减小.在最优工况下,轴向间距从30 mm扩大至70 mm的过程中,转轮内部的水力损失逐渐增加,增加幅度达到15.6%,而出水管中的水力损失则减小了19.7%,总水力损失呈增加趋势.综合考虑,选用s=40 mm 作为最终方案.     

推流器布置对氧化沟流场特性的影响

针对环形跑道式氧化沟污泥沉积现象,在池形结构不变的前提下,改变推流器的布置位置,以STARCCM+软件为仿真平台,采用多面体网格划分方式,调用标准k-ε湍流模型,对4台推流器同时开启状态下进行全流场模拟.分析流道各断面的速度分布、整体流场的流速分布以及流场死区率(速度低于某一值所占区域的比例),寻找适合于该池型结构的推流器最优布置方式.结果表明:推流器的安装位置对流速的分布至关重要,其与中间导流墙的间距偏大或偏小都会导致流场速度分布不均匀,死区率较高,而当其间距为环形导流墙半径与偏置距离之和的0.85倍时,整体的流速分布最为均匀,主要断面的平均流速较高,且均在0.35 m/s以上,死区率最低;在环形导流墙背后以及中间导流墙的两端不可避免地会出现脱流区域,但可以通过改变推流器位置进行改善;在氧化沟的弯道处受推流以及壁面阻碍作用有明显的涡旋现象.     

流量控制式ECHPS系统转阀结构参数优化设计

在流量控制式电控液压助力转向系统(ECHPS)中,转阀结构参数对系统的可变助力特性有重要的影响.应用液阻网络理论对系统的等效通流面积和助力特性进行了分析.建立了转阀阀口通流面积与转阀主要结构设计参数(小坡口宽度、小坡口圆弧偏心距、阀芯键宽、小坡口轴向长度)之间的数学关系.对转阀的主要结构参数进行了优化设计,优化前为0.9 mm、10 mm、5.76 mm和11 mm,优化后为1.115 mm、4.626 mm、5.652 mm和4.499 mm.仿真计算结果表明优化后可变助力特性范围由1.2升为3,低速转向时最大手力达到了4 N·m.     

泵站前池非连续挑流消能防沙技术措施

通过前池水力过流情况分析和改造前现场试验,发现前池流态紊乱导致了田山一级泵站机组的剧烈振动和颤振.提出了由非连续底坎、非连续挑流墩和两道压水板组成的非连续挑流消能防沙技术措施,并对改造后泵站的运行情况进行了现场试验.试验结果表明,采用技术措施改造后,前池、进水池流态和水泵进水条件得到了显著的改善,池中断面流速分布趋于均匀且断面紊动能量明显降低;测试机组单泵流量平均提高了0.14 m3/s,水泵效率平均提高了4.99%,泵站装置效率平均提高了3.88%;消除了泵体颤振,使水泵喇叭口振动标准由4.5级烈度降低到1.8级烈度;减缓了前池和进水池泥沙淤积,使试验前池和进水池清淤时间由改造前的运行800h延长至改造后的运行1 300 h,防沙效果良好.非连续挑流消能防沙措施为多泥沙河流泵站技术改造提供了一种简单有效的方法.     

驱动板倾角对负压反馈喷头水力性能影响试验研究

为了探究射流脉冲喷头驱动板不同倾角及其对喷头水力性能的影响并找出水力性能最优驱动板倾角,采用正交试验法设计了6种不同倾角α(7°,10°,13°,16°,19°,22°)的驱动板,与副喷嘴整体加工实物,分别进行了在不同进口压力下的水力性能试验.试验采用多因素分析法,将喷头射程、喷灌均匀度、喷灌强度作为评价指标,对6组驱动板的试验结果进行分析.结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,喷头射程(13.0~15.0 m)、进口流量(1.27~1.77 m³/h)、喷灌强度(2.38~2.51 mm/h)与驱动板倾角无关.随着驱动板倾角增大,副喷嘴喷洒水量向近处集中,喷灌均匀系数呈先增加后减小的趋势;当α为16°时,喷灌均匀系数最大,喷头的水力性能最优.