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。     

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动的CFD模拟精度研究

针对CFD方法模拟时参数选择对圆柱型灌水器迷宫式流道内部流动的模拟精度有较大影响的问题,采用正交试验的方法,对网格单元尺寸(0.20、0.15、0.10、0.07mm)、湍流模型(Reynolds应力方程模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型)、近壁面处理函数(Standard壁面函数、Non-Equilibrium壁面函数、Enhanced壁面函数、Scalable壁面函数)进行3因素4水平正交试验,对比各试验条件下CFD模拟值与实测值的偏差量,选择精度较高的模拟方法,并在此模拟基础上对迷宫流道进行了优化。结果表明:网格大小为0.07mm,湍流模型为Reynolds应力方程模型,近壁面采用Scalable壁面函数时模拟精度最高。     

滴灌一体式灌水器发展现状及选型应用

在滴灌、地下滴灌系统中,灌水器用来消散压力和配水。分类介绍了国内外各主要灌溉公司的滴灌一体式灌水器产品的性能特点,结合灌水器的选型予以总结,为农户因地制宜应用滴灌技术提供参考依据。     

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析

采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。     

对我国新型滴灌灌水器研发的思考

叙述了我国开发新型滴灌灌水器研究的必要性,综述了国内相关的研究现状与技术发展局势。     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选,结果表明,内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌,在低压运行时,孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3/5,基本可以满足地下滴灌的要求;在较高供水压力时,所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌.通过对湿润锋的观测,发现出流量较大的滴头,其湿润锋向上运移速度较快.因此,为防止地下滴灌产生深层渗漏,应选取出流量较大的滴头.     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选，结果表明，内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌，在低压运行时，孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3／5，基本可以满足地下滴灌的要求；在较高供水压力时，所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌。通过对湿润锋的观测，发现出流量较大的滴头，其湿润锋向上运移速度较快。因此，为防止地下滴灌产生深层渗漏，应选取出流量较大的滴头。     

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。     

灌水器的选用

灌水器是滴灌系统的关键部件．所选的灌水器是否适用。不仅影响到工程投资．更主要是影响到灌水质量。在选用灌水器时．应对以下因素进行综合考虑。     

大棚滴灌灌水器故障成因分析与解决办法

大棚滴灌系统主要由水源、首部枢纽、输配水管、灌水器(包括滴灌带、滴灌管、滴头等)及其它附件组成。由于大棚滴灌具有省力省工、节水节肥、降低湿度、提高地温、增产高效等许多优点,因此成为当前提高产出率、增加农民收入的有效措施,被更多的大棚种植户所接受。但是,在实际使用过程中,灌水器常会发生一些故障,因而影响到系统正常工作。1常见故障成因分析在生产实践中,大棚滴灌系统常发生的故障有滴孔堵塞、灌水器损坏、出水不均匀和出水量小等。针对上述问题的成因做如下分析。1.1滴头堵塞滴灌是通过细小的出水孔以较小的流量给作物均匀供…     

滴灌条件下水溶性肥料对灌水器堵塞影响

为探究滴头流量等因素对水肥一体化滴灌系统灌水器堵塞的影响规律,指导滴灌系统的防堵塞管理工作,以相对流量作为堵塞程度的评价指标,通过单因素试验分析了肥液浓度、滴头流量、滴头工作压力、过滤器类型、滴头类型5个因素对灌水器堵塞情况的影响,采用正交试验筛选出抗堵塞的最佳灌溉模式。结果表明,肥液浓度越大,滴头和过滤器越易发生堵塞;滴头流量越大,相对流量也越大,大流量滴头相对不易发生堵塞;相对流量随着滴头工作压力的增大呈现先增后减趋势,工作压力过大也会引起滴头堵塞,农业灌溉过程中应选取适宜的滴头工作压力;叠片式过滤器比网式过滤器过滤效果更好;压力补偿式滴头抗堵塞性能优于八孔流量可调式滴头。最佳灌溉模式为:水溶性肥料稀释比例为1∶200,滴头工作压力为0.1 MPa,滴头为流量4 L/h的压力补偿式滴头。     

进口结构对迷宫流道滴头性能影响的模拟研究

【目的】分析进口栅格结构对滴头性能的影响,为迷宫流道滴头的设计提供参考。【方法】应用计算流体力学CFD方法,对不同进口结构的滴头流道流场进行数值模拟,分析进口数目、进口宽度、进口高度和缓水区深度对滴头性能的影响。【结果】进口流量在不同进口栅格之间分配,距离迷宫流道越远的进口栅格流量越小,流量主要集中在靠近迷宫流道的几个进口栅格;在总进口栅格断面面积大于迷宫流道最小断面面积的情况下,不同进口栅格结构几乎对滴头流量没有影响,而对各进口栅格之间的流量分配影响较大;随着进口高度和缓水区深度的增加,不同进口之间流量和流速的分布更加均匀,低速区面积减小,可降低进口处泥沙沉积,提高滴头的抗堵塞性能;单纯增加进口数目并不能从根本上改善进口处的堵塞状况,片式滴头进口数目以3~5个为宜。【结论】进口栅格结构对滴头性能影响很大,应深入研究以优化滴头性能。     

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。     

不同类型灌水器滴头对沼液抗堵塞性能的影响

为了研究不同类型灌水器滴头对不同水肥配比沼液的抗堵塞性能,获得适用于沼液滴灌施肥的滴头,选取2种片式滴头、2种圆柱滴头和1种片式补偿滴头共5种滴头,设计了2种沼液配比进行周期性间歇灌水试验,比较了不同滴头的抗堵塞能力。结果表明,沼液水肥配比越大,滴头越容易发生堵塞;滴头流量相同时,片式滴头抗堵塞性优于圆柱滴头和片式补偿滴头;滴头类型相同时,额定流量越大,抗堵塞性越好;堵塞进程较为均匀,堵塞发生从毛管尾端开始;堵塞类型以物理和生物结合的复合性堵塞为主。根据试验结果,建议沼液施肥时,最优灌溉模式为：水肥配比选择1∶3,灌水压力选择80 kPa,滴头选择3 L·h^-1的片式滴头;单级120目过滤器过滤效果有限,可以考虑增加多级过滤。     

计算流体力学湍流模型在喷管流场数值模拟中的比较

为了对Laval喷管流场进行模拟时得到准确和高效的结果,文章采用数值模拟的方法,针对可压缩粘性流动的S-A,k-ε,k-ω等湍流模型在收敛速度、质量流量误差、马赫数的误差等多方面进行了比较。最终得出采用k-ω湍流模型对Laval喷管进行数值模拟是有效的结论。     

水沸腾相变过程的数值模拟

为了解沸腾换热的机理,掌握相变换热的数值模拟方法,本文分别对大容器沸腾和竖直通道内的强制对流沸腾进行了数值模拟。通过定义汽液两相的质量传递和能量传递,计算得到了速度场、压力场、温度场和蒸汽体积比例分数等参数的分布情况。结合沸腾换热理论和模拟结果,分析了两种不同情况下水的沸腾换热过程。     

土壤水分运动数学模型的建立及应用

以土壤水动力学原理为基础，研究了垂直入渗条件下土壤水分运动规律，结果表明，试验实测数据与模型计算值吻合较好，说明所建立的模型及选取的参数是可行的，并为新疆地区评价水资源提供了依据。     

气液两相流瞬态数值模拟

多相流动的瞬态数值模拟最常用的是双流体模型,由于受技术垄断的影响,其相关求解资料较少.为此,通过采用有限体积法,将SIMPLE算法推广到两相流形成SIMPLE-MF算法,用于双流体模型的求解效果较好,并开发了两相流瞬态模拟程序.