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.     

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.     

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.     

膜片对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响

膜片的可变性是压力补偿灌水器实现高压条件下稳定出流的主要因素,膜片的特征参数及与灌水器壳体的相互配合直接影响灌水器的整体性能.以PLASTRO 公司生产的Supertif-03120-0003型管上式压力补偿灌水器为原型件,借助(3DP)快速成型技术制作管上式灌水器试验件,选取硅橡胶材质的弹性膜片,对膜片的厚度、硬度进行单因素分析和正交试验,研究弹性膜片不同特征参数对灌水器水力性能的影响.经过多重比较分析得出,灌水器水力性能与弹性膜片特征参数之间的定性关系,为压力补偿灌水器的优质膜片材料的研发提供依据.本试验结果表明:低流态指数最优组合为A₃B₄,即弹性膜片的厚度为2.0 mm,邵氏硬度为60.     

双迷宫流道左侧内齿参数对其水力性能的影响

为探究双迷宫流道灌水器内部结构变化对其水力性能的影响,以其竖向流道左侧不同单内齿位置及内齿高度组合为靶向,基于CFD软件建立灌水器水力性能数值模拟模型,计算了9种进口压力下,15种单内齿位置与高度组合的水力性能指标,并通过与同结构的物理试验进行验证,结果表明:无论单内齿位置如何变化,灌水器的流态指数总是随单内齿高度的增加呈先增大后减小趋势,流量系数随单内齿高度的增加呈递减趋势;对于相同的单内齿高度,灌水器流态指数随单内齿在竖向流道的位置由高到低呈先增后减的趋势,而流量系数随单内齿位置变化的影响较小;当单内齿位置在竖向流道左下侧,且内齿高度为0.5 mm时,灌水器流态指数最小,水力性能好。     

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、...     

几种微灌灌水器均匀度试验研究

对国产的2种压力补偿式滴头、3种稳流器、1种内镶式滴灌管和1种发丝滴头进行了水力性能测试,分析灌水器不同工作压力区间内的流态指数,并以制造偏差和流态指数为主要影响因素,对灌水器进行了水力性能评价。结果表明:压力补偿式灌水器存在最优压力区间,在此区间内灌水器流态指数较小、水力特征曲线平滑;非压力补偿式灌水器在整个压力区间内流态指数稳定、水力特征曲线稳定连续;供试的5种压力补偿式灌水器制造偏差系数较大,为0.14~0.30,而2种非补偿式灌水器制造偏差系数较小(0.02左右)。通过灌水器流态指数、制造偏差系数对综合流量偏差系数的影响的分析表明:灌水器制造偏差对系统灌水均匀度的影响很大,在进行微灌工程水力设计时,应给予高度重视。     

变隙式压力补偿灌水器水力特性实验研究

对自行研制的变隙式压力补偿灌水器的水力性能进行了实验研究,旨在揭示其水力特性,为改进和应用提供依据。为便于性能比较,同时测试了3种市售灌水器,包括NETAFIM、奥特普和丰霸灌水器。结果表明,变隙式灌水器的压力补偿范围为0.006~0.500MPa,额定流量为3.989L/h,流态指数为-0.002 6;0.1MPa压力点变异系数为4.64%;压力补偿范围内各压力点25个灌水器的平均流量与额定流量的平均偏差为2.81%,可用于微压滴灌和高差较大的山地滴灌系统。然而,0.1 MPa压力点的流量偏差过大,为6.14%,有待改进。     

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.     

淹没出流条件下滴灌灌水器水力性能试验研究

在室内将3种类型的灌水器置于自制水槽中,进行了灌水器的淹没出流试验。试验结果表明:灌水器在淹没出流时的出流规律与自由出流相同,但淹没时的流量略小于对应压力下自由出流的流量,其流量变化率多在10%以内;相比之下,低压时流量变化率比高压时大,即在灌水器额定工作压力(10m)附近,淹没出流对其影响较小。统计特征表明,灌水器淹没后出流更加均匀。不同灌水器类型对淹没与否的敏感程度有所差异,微管灌水器最为明显,其次是内镶式,补偿式变化很小。升降压过程中,降压过程的淹没出流对灌水器的流量变化率均小于升压过程。     

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。     

新型插入式灌水器水力特性研究

为了探究插入式灌水器的水力特性,为其结构优化提供理论指导,通过室内出流试验,研究了灌水器间距S、供水压力H对插入式灌水器灌水均匀度和出流量的影响。结果表明,在间距20～60 cm、压力6～16 m条件下,插入式灌水器的灌水均匀度均大于80%,灌溉效果满足滴灌工程技术规范的要求;灌水均匀度随供水压力的增大略有提高,但提高幅度较小,因此通过增大供水压力来提高灌水均匀度的做法是不经济的;随着灌水器间距的增大,支管敷设长度增加,管路水流沿程水头损失增大,灌水均匀度逐渐下降;在供水压力6～16 m范围内,插入式灌水器的出流量和供水压力关系符合q=k H~x,当灌水器间隔S=20～60 cm时,流量系数k=0.394～0.429,流态指数x=0.671～0.711,流态指数均大于0.5,灌水器属非压力补偿器。     

星形微管灌水器水力性能试验研究

设计了一种发散式星形微管灌水器,并对其进行了自由出流水力性能试验研究。结果表明:在测试压力范围内,星形微管灌水器流态指数为0.59~0.65,流量偏差系数均在0.09以内,灌水器制造偏差与压力变化无关。通过灌水器流态指数、制造偏差系数对总流量偏差系数的影响的分析表明:在进行水力设计时,选用流态指数大但制造偏差小的灌水器可以满足滴灌均匀度要求,设计的星形微管灌水器具有较高推广价值。     

微喷灌稳流器流道水沙两相流数值模拟

针对微喷灌压力补偿灌水器流量调节不稳定、流态指数不达标的难题,设计一种结构紧凑且适用于微喷灌大流量的稳流流道结构,并通过数值模拟分析流道结构的消能机理和抗堵塞性能.应用ANSYS FLUENT软件,采取RNG k-ε模型获得消能流道内的压力场、速度场、涡量场以及颗粒物沉积分布情况.结果显示,流场结构的自冲洗性能优良,流道内局部沙粒浓度最高不超过8.5%,300 kPa工作压力下的抗堵塞性能最好.流道内部的涡量是反映含沙量的重要参数,涡量值与沙粒浓度成反比.W型圆弧流道及变径流道结构可以增加流体的紊动程度,有效地消能稳流,使灌水器在大流量下保证稳定良好的水力性能.研究结论为压力补偿灌水器的内部流道结构的优化提供了一定的参考.     

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。     

弹性膜片硬度和厚度对调压装置水力性能的影响

提出了一种毛管调压装置,对起主要调节作用的弹性膜片的厚度和硬度分别选取3个水平做完全试验,测试进口压力在50～300kPa时调压装置的水力性能,试验得到调压装置的流量为962.794～1 419.538L/h,流态指数为0.083 5～0.168 5,调压装置调压效果良好,但调压区间偏小。弹性膜片厚度和硬度对流态指数和流量的影响均显著,并建立了弹性膜片硬度和厚度与调压装置流态指数以及流量的定量关系。     

新型分段插杆式灌水器结构设计及 水力特性研究

传统的灌水器过流截面积一般在1 mm~2以下,极易造成流道结构堵塞。以插杆式灌水器为基本研究对象,采用大截面积迷宫流道结构尺寸,并创造性的设置了螺旋分流道,采用正交试验的方法仿真分析了螺旋分流道的关键特征结构尺寸对灌水器水力特性的影响。研究结果表明,螺旋分流道的加入,增强了灌水器内部水流的紊动效应,实现了大截面积迷宫流道内水流流态由层流向紊流的转变;提出了灌水器水力特性参数与螺旋分流道关键结构参数之间的关系式,指出螺旋分流道圆弧半径R对流量系数k和流态指数x影响最大,为灌水器水力特性的优化提供了参考。     

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.     

常压灌水器在低压条件下水力性能试验研究

鉴于目前国内低压滴灌系统中的滴灌带(管)基本沿用常压滴灌下使用的滴灌带(管),对常压滴灌系统中使用较多的国内6种单翼迷宫和内镶片式滴灌带在低压下的水力性能进行了试验研究,试验结果表明,在2~8 m和6~14 m水头压力范围拟合的流量与压力关系式不相同,在2~8 m水头压力范围的流态指数明显高于在6~14 m水头压力范围的流态指数。在较低压力下测定灌水器的制造偏差时,相比额定压力下所测定的结果表现出增大的趋势,即由于灌水器制造工艺和材料配方引起的制造偏差,在工作压力较低时表现的更为明显。     

迷宫流道偏差量对灌水器水力性能及抗堵塞性能的影响

以齿尖偏差量分别为-0.25、0、0.25和0.50 mm的齿形流道结构形式的灌水器为研究对象,应用CFD单相流流场速度数值分析、CFD两相流沙粒浓度分布数值分析、试验样品清水和浑水测试相结合的方法,研究了偏差量对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响.结果表明:偏差量与流态指数呈正相关关系,与流量系数呈负相关关系,而随着偏差量的增加灌水器的抗堵塞能力也在下降,综合分析偏差量对水力性能和抗堵塞性能的影响,认为在满足流态指数的要求下应尽量减小偏差量以提高抗堵塞能力.