滴头流道内部水流流动机理研究韵进展与问题

总结了滴头流道内水流流动机理研究的进展情况,分析了研究滴头流道内水流流动机理的3种方法（理论分析方法实验研究方法及数值模拟方法）的具体内容和存在的问题。针对这些问题,对滴头流道内流动机理的研究方向提出了建议。     

动态水压对迷宫流道滴头抗堵塞性能影响与机理分析

为缓解浑水灌溉中滴头堵塞的问题,评估了3种水压模式(恒定水压、台阶波形水压、三角函数波形水压)对滴头堵塞的控制效果,并对不同水压模式下滴头内堵塞物质、滴头排出物质的级配和粒径进行分析。结果表明：动态水压处理滴头使用寿命延长了79.06%,滴头抗堵塞性能优于恒定水压处理;波形对滴头抗堵塞性能影响较小,两种不同波形动态水压处理滴头的使用寿命仅相差2.77%。动态水压处理流道内水流紊动剧烈,能更好地移除沉积、附着在迷宫流道内的堵塞物质,与恒压处理相比,滴头内黏粒、粉粒堵塞物质分别减少了22.19%～36.75%和13.22%～25.06%。动态水压处理下滴头排出泥沙的粒径增大,最大粒径比恒定水压处理增大了44.34%,动态水压处理迷宫流道内水流流线时刻发生变化,水流的挟沙能力增强,大颗粒泥沙更容易从滴头排出。     

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。     

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。     

不同加气和粒径条件下浑水滴灌滴头堵塞特性研究

为探明浑水滴灌过程中水中加气对滴头堵塞的影响,以齿形迷宫流道滴头为研究对象,采用周期性间歇灌水测试方法,用最大粒径小于0.1mm的泥沙配置了5种不同的浑水,运用激光粒度分析仪和场发射扫描电镜等方法研究了滴头堵塞状况。结果表明：加气和泥沙颗粒级配对滴头堵塞具有极显著影响（P<0.01);加气提升了毛管内泥沙输移能力、促进大泥沙颗粒排出,减小淤积泥沙中值粒径,且泥沙最大粒径越小,加气对泥沙运移的影响越小,毛管淤积物质量、淤积泥沙中值粒径较未加气处理减少8.75%～31.92%、8.59%～35.64%;泥沙粒径为0.075～0.100mm时,滴头流量下降最快,泥沙为粒径0～0100mm时,滴头流量下降最慢;加气增大了水流紊动程度,促进浑水中大颗粒泥沙在流道内的输移;加气加剧了浑水中小颗粒泥沙在流道入口处黏附,加速了流道入口堵塞,滴头Dra和Cu比未加气处理低9.0～18.7个百分点和16.2～36.4个百分点,这是造成加气加速滴头堵塞的主要原因。建议进行毛管冲洗,降低流道入口堵塞风险,以提高加气滴灌滴头的抗堵塞性。     

高含沙水滴灌灌水器堵塞机制及防堵技术研究进展

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研,回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展,并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时,滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质,促进较大泥沙颗粒排出流道;灌溉水温越高,滴头抗物理堵塞性能越强;对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律,增强水流拖拽力,减小管道内泥沙淤积量。此外,施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素,确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段,选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值,优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施;采用统一的灌水试验方法,充分利用现代测试手段,结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。     

矩形迷宫式滴灌灌水器的模拟研究

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,得到了流道压力图、流速矢量图。根据流道内流线变化对灌水器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、后的速度矢量图可知:优化后的滴头流道涡旋区和低速滞止区基本消除,虽然在流道拐弯处的小部分区域内流体流动速度仍有些偏高,但是从流道整体来看,优化后的流道内主流速度分布比较均匀,且流体充满整个流道,大大提高了灌水器的抗堵塞性能。     

圆柱绕流滴灌灌水器构建及其水流特性的数值分析

为了进一步了解圆柱绕流灌水器内部流动机理和外部水力性能,应用FLUENT软件对其内部流动及水力性能进行数值分析,发现水流在流道单元内存在明显的主流区和涡漩区,主流区水流紊动强烈.对150个流道单元的数值计算结果显示,每个流道单元的压降为630 Pa,流道的流态指数为0.527,100 kPa工作压力时的流量为1.76L/h.初步研究结果表明,圆柱绕流流道过流断面大,水流紊动强烈,消能效果良好,抗堵塞性能强,具备构建性能良好的滴灌灌水器的条件.     

滴头堵塞诱发过程及其可控方法的研究进展

滴头作为滴灌系统的关键部件,其性能的优劣直接反映了整个滴灌系统寿命、节水性及灌水的均匀性.流道的堵塞问题一直是抑止滴灌技术发展的主要瓶颈,而随着再生水滴灌、微咸水滴灌、雨水滴灌等技术的迅速发展,对滴灌系统抗堵塞能力也提出了更高的要求,堵塞问题成为了滴灌技术研究的热点.分析了滴头堵塞诱发的研究现状,就流道内的堵塞诱发因素、诱发过程、生物膜的存在对于堵塞的影响、流道内生物膜生物、物理特征以及控制方法等几个问题进行了探讨,并结合现代分子生物学技术及测量技术提出了有关流道内生物膜微生态多样性、生长特征等问题研究的发展方向.     

滴头堵塞诱发过程及其可控方法的

滴头作为滴灌系统的关键部件，其性能的优劣直接反映了整个滴灌系统寿命、节水性及灌水的均匀性。流道的堵塞问题一直是抑止滴灌技术发展的主要瓶颈，而随着再生水滴灌、微咸水滴灌、雨水滴灌等技术的迅速发展，对滴灌系统抗堵塞能力也提出了更高的要求，堵塞问题成为了滴灌技术研究的热点。分析了滴头堵塞诱发的研究现状，就流道内的堵塞诱发因素、诱发过程、生物膜的存在对于堵塞的影响、流道内生物膜生物、物理特征以及控制方法等几个问题进行了探讨，并结合现代分子生物学技术及测量技术提出了有关流道内生物膜微生态多样性、生长特征等问题研究的发展方向。     

新型灌水器快速自主开发数字试验研究

在分析灌水器微小流道水力特性的基础上,利用ANSYS通用有限元分析软件实现其内流场中的流体流动仿真,可视化了灌水器的微观水力特性。以迷宫式流道为例,改变流道的结构参数进行数字试验研究,结果发现数字化的试验不仅能够有效地减少实物试验的次数,而且为其结构的性能验证提供了有益的参考。     

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.     

自适应地下滴灌灌水器的设计开发

针对最为节水、高效用水的地下滴灌技术,主要分析了目前地下灌水器产品的结构、使用特点和功能,并运用土一水系统中土壤水分理论知识,提出并设计了一种非电子控制的地下滴灌灌水器产品.该产品以土壤负压为控制动力,以土壤水分为控制条件,当灌水器附近土壤发生干湿变化时,土壤表现出不同大小的负压,并作用于灌水器内部的弹性膜囊,使之发生变形,从而改变灌水器内部流道的通断,使灌水器的出流状况始终与土壤含水量自动相适应,具有出流量自调节的功能.     

旋流泵的流动规律

对80X-13.5型旋流泵进行了数值模拟计算,泵内部流动区域选用Pro/E造型,用Gambit软件采用分块非结构六面体网格划分方法对模型进行网格划分及部分边界条件的设定,运用雷诺平均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型结合SIMPLEC算法,来数值模拟旋流泵内部三维不可压湍流场.数值模拟计算选取工作介质为清水,并认为是牛顿流体且局部各向同性;认为旋流泵的内部流场是以定常角速度绕固定轴的旋转流场,属于复杂的三维不可压湍流流动.数值模拟得出了旋流泵内的速度和全压分布图,并试分析出了旋流泵的内部流动区域分布.分析认为,周向流动是旋流泵内部的主体流动趋势,旋流泵内部流动状态可归结为贯通流和循环流.数值模拟的结果验证了已有流动模型的正确性,并且在数值模拟基础上重新划分的流动区域可以反映清水条件下80X-13.5型旋流泵的内部流动情况,可为此种泵型旋流泵的设计提供参考.     

叶轮出口后加装双层流道结构的轴流泵外特性研究

轴流泵在最优工况流量点的两侧效率下降快,在小流量工况时流量-扬程曲线还存在马鞍形的不稳定流量区域.针对此问题为轴流泵设计了一种双层流道结构,此结构在几何上表现为在靠近轮毂侧从紧临叶轮出口边起延伸至后导叶体内增加了一个筒形隔板.以此内筒和导叶轮毂的间距与导叶流道宽度的比值λ作为变量几何参数,研究了不同几何参数对轴流泵外特...     

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。     

灯泡混流式水轮机过流通道几何尺

从最佳的水力性能和水流运动规律出发，对灯泡混流式这种新型水轮机的过流通道进行分析研究，优化出了灯泡混流式水轮机过流通道的几何形状及尺寸系列，为这种新型水轮机的产品开发和设计提供了重要资料,同时认为灯泡混流式水轮机的最佳应用水头范围为20～300m。     

基于PIV测试的螺旋离心泵内部流动特性研究

为了研究螺旋离心泵内部流体流动机理,通过对螺旋离心泵改造和透明化处理,应用PIV测试技术,取螺旋离心泵轴截面和径向截面分阶段获得各截面上速度变化,进而得到各个截面上的流动信息,揭示螺旋离心泵内部流动状态。结果表明:整个轴向截面中,物理参量扰动大于径向截面,尤其在叶轮流道的轴截面,有明显的涡旋出现。在深入蜗壳的叶轮流道中,涡旋数量明显增加,这是因为该区域的流体方向在叶轮旋转和蜗壳使其变化过程中,同时受力分配促进了这种变化;在径向截面上,能明显看到速度方向和流线沿一个方向旋转,同时,流体均有由中心向外运动的趋势,这是叶轮螺旋段螺旋推进作用后又一个重要组成部分离心段的离心力作用决定的,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。     

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。