PVC三通管水流阻力与流动特征分析

对DN75×75和DN75×50两种PVC三通管进行了试验与数值模拟研究,结果表明主管-侧管流向的局部阻力系数ζ01和主管-直管流向的局部阻力系数ζ02随雷诺数的增大而减小,在雷诺数大于1.5×105之后基本趋于稳定;ζ01、ζ02与分流比呈二次抛物线关系,通过验证数值计算与试验结果基本吻合.在此基础上对5种常见型号的三通管进行了数值模拟,表明ζ01、ζ02随管径比的增大而减小,ζ01的变化幅度远大于ζ02的幅度,并给出了局部阻力系数随分流比变化的定量表达式;流动特征分析可知引起局部水头损失ζ01的主要原因是水流方向变化的损失和离心力造成的速度分布变化损失,而引起ζ02的主要原因是在较大分流比时水流的剪切和横向环流导致直管分岔处上侧的漩涡运动和流速梯度变化损失.     

基于CFD的斜三通管水力特性分析及流场计算

为探究不同出口夹角下的斜直三通管水力特性,揭示水流所受重力作用下不同入口雷诺数、斜直三通管主管与支管间夹角、局部水头损失系数三者之间相关关系,阐明斜直三通管内部流场分布情况.采用Solidworks 2016对不同夹角斜三通管建立物理模型,利用Ansys 18.0软件进行网格划分与数值计算,运用Tecplot软件进行后处理.结果表明:ζ₁₃,ζ₁₂均随着雷诺数的增加呈现降低趋势,且在雷诺数大于127 616之后呈现缓慢降低趋势;ζ₁₃随着三通管夹角的增加呈现增大趋势,ζ₁₂随着三通管夹角的增大呈现降低趋势;在相同雷诺数下,压力云图在夹角小于90°时分布较为均匀,夹角大于90°时开始出现低压区;速度云图和流线图均随着夹角的增大呈现紊乱和不规则分布;湍流强度随着夹角的增大呈现增大趋势.在实际生产应用中应尽量减少三通管夹角的大小以减少能量损失,提高过流能力.     

多孔出流管水流阻力及压强水头分布规律研究

对DN32×20T型三通管(多孔出流支管局部水头损失主要发生位置)进行了局部水头损失试验研究,结果表明光滑紊流区内主管至侧管流向局部水头损失系数1随雷诺数的增大而变化很小,随分流比的增大而增大;而主管至直管流向局部水头损失系数2随雷诺数的增大而减小,随分流比的增大先减小而后增大;并给出了局部水头损失系数1与2的经验公式。与实测值对比得出:提出的沿支管方向毛管进口压强水头经验计算公式具有较高的计算精度;最后,利用本文提出的局部水头损失系数经验公式分析了等距、等流量多孔出流支管局部水头损失与沿程水头损失的比值hj/hf的变化规律,并给出了扩大系数K的经验公式。     

温室滴灌系统支管水力性能影响因素试验研究

通过室内试验研究分析了入口压力、支管长度、毛管间距3个因素对滴灌系统中支管水头损失及沿程压力分布的影响。结果表明:支管上的水头损失随着支管长度和入口压力的增大而增大,随毛管间距的增大而减小,但入口压力增大也同时使得支管沿线压力分布更为均匀。毛管间距0.6、0.9和1.2m条件下,满足水力偏差要求的支管最大铺设长度分别为20、40和60m。支管沿程压力分布曲线服从三次多项式关系,R2均在0.99以上。对支管上水头损失的构成进行了分析,表明局部与沿程水头损失之比fc随支管长度的增加、毛管间距的减小而增加,部分工况下fc会超过1;fc随首部压力的变化较为复杂,与具体的管网铺设s条件相关。多孔系数与来流条件有关,利用克里斯钦森公式计算出的多孔系数比实际值略微偏大,入口雷诺数从22 707增加至50 846时,克里斯钦森公式计算值与实测值之比从1.107降至1.068,表明入口雷诺数越大,克里斯钦森公式的计算精度越高。     

基于CFD的新型三通管结构优化与水力特性分析

三通管在各个行业应用广泛,针对现有三通管局部水头损失系数ζ大,内部流动特性差等问题,研发出一种新型的三通管流道结构,揭示新型三通管的阻力与流动特性和相关结构参数的关系,得到合理新型三通管内部流道设计方案。基于SolidWorks2016、CFD软件对DN32的普通120°等径三通管进行数值计算,验证模拟的可靠性,并且对新型三通管内部流道结构参数进行优化。结果表明:①进口处与两个出口处的ζ_(01),ζ_(02)均随着肥胖系数λ、最大宽度B都是先减小后增大,两者均随λ呈现二次函数的趋势变化,ζ_(01)、ζ_(02)最小时所对应的λ=4.27,B=42.22 mm左右。②分流损失系数比β随B与λ均呈现两端平缓,中间变异的趋势变化。③新型三通管关于对称面速度分布并不是对称的,低速区会偏向于三通管重心左下方,随着雷诺数增大低速区域越来越小,肥胖系数λ在(4.15,4.91]范围之内流线分布较为光顺均匀。     

球阀与T型三通管组合形变件水力特性数值模拟

为探究球阀与DN63三通管组合形变件的水流运动特性的规律，基于Realizable k-ε湍流模型，采用Fluent软件对组合形变件进行数值模拟，分析阀门开度、雷诺数和分流比对组合形变件综合损失系数的影响。结果表明：当流速、分流比一定时，球阀开度对组合形变件的综合损失影响显著，随着开度增大，阀芯内流速梯度减小，阀门前后形成的旋涡面积随之减小，当阀门开度大于70°时，损失系数的变化趋于稳定；组合形变件阻力损失随雷诺数和分流比的增大而减小，当雷诺数大于1.8×10⁵后趋于稳定。综合表明：造成组合形变件综合局部损失最主要的因素是阀门的开口度大小，其次为分流比和雷诺数的变化。     

基于遗传算法的滴灌支管轮灌小区管网优化布置研究

田间灌水小区是滴灌系统的最小单元,该部分的设计是否合理,将直接影响到系统的工程投资、运行费和安全可靠性。【目的】优化滴灌支管轮灌小区管网布置。【方法】将田间支管轮灌小区作为一个整体,分别以单位面积投资最低和控制面积最大为目标建立数学模型,应用遗传算法对管网进行了优化计算。【结果】实例表明,双向毛管单位面积投资较单向毛管降低了4.31%,控制面积增加了28.41%;在水源供应允许的条件下,支管管径由32 mm增大到75 mm时,控制面积增加了393.78%,当支管管径由75 mm减小到32 mm时,最低投资降低了11.50%。【结论】在双向毛管布置方案控制面积和单位面积投资均优于单向毛管;增大支管管径有利于增加灌水小区控制面积,减小支管管径有利于降低单位面积投资。     

有压管道孔板局部阻力相邻影响机理研究

为揭示有压管道孔板局部阻力相邻影响机理,采用标准k-ε紊流模型对孔板间相邻影响系数随孔板孔径比、厚径比及相对间距的变化关系以及不同工况时的流场特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:相邻影响系数C1.0时,其随孔板孔径比、厚径比及两孔板相对间距的减小而减小,即两孔板形变件间的相互影响程度逐渐增大;当C=1.0时,其随各影响因素的增加不再变化,即两孔板形变件间无相互影响。不同工况下的单个孔板及两个孔板的流场结果对比分析表明孔径比、厚径比增大,单个孔板的影响长度减小,通过改变单个孔板的影响长度间接改变了相邻影响程度,而相对间距与影响长度的比值直接决定相邻影响程度,阐明了各影响因素对局部阻力相邻影响现象的影响机理。     

等径PVC三通管局部水头损失系数试验研究

基于水力学基本原理,对竖直管进水等径PVC三通管的局部损失进行了试验研究。分析了局部损失系数与入口雷诺数之间的相关关系。结果表明,随着雷诺数的增加,局部损失系数先减小再增大,呈良好的二次抛物线关系。     

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf减小,最小值可达到0. 67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0. 1~0. 2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0. 96.     

圆形喷灌机系统两井泵汇流装置水力性能研究

【目的】为了满足入机流量需求,圆形喷灌机在实际应用中常用多台井泵并联供水,在喷灌机入机处安置井泵汇流装置,以调节流量和稳定水压。【方法】通过设计两井泵汇流装置,开展了汇流装置水力性能试验及数值模拟,研究了雷诺数和两进口汇流比(较小流量与较大流量之比值)对装置水力性能的影响。【结果】汇流装置的总水力损失模拟值与试验值较吻合,相对误差范围为0.5%～3.3%,且随雷诺数和汇流比均呈二次函数关系,当汇流比为0.8左右时,装置的总水力损失最小;两进口对应的局部阻力系数均不随雷诺数产生变化,但随汇流比变化趋势相反,当汇流比为0.2～1.0之间时,较大流量进口的局部阻力系数为1.16～1.31,较小流量进口的局部阻力系数为1.31～4.22。【结论】两井泵汇流装置结构及水力性能可用于圆形喷灌机灌溉工程设计和运行管理。     

节水承插式折角弯管水流流动特性研究

对DN50承插弯管进行流动特性试验研究,采用Relizablek-ε湍流模型对其数值模拟,数值模拟结果与试验吻合较好。接着对DN20、DN40、DN63、DN75规格45°、60°、90°折管水流进行了数值模拟,通过可视化分析发现,折角弯管流场在弯曲段下游发生回流现象,下游50 mm横截面处有一对对称、悬向相反的涡旋。随着弯折角度增加,回流范围和负压程度逐渐增加;折管局部阻力系数随雷诺数先减小而后逐渐趋于恒定,进入阻力平方区的45°、60°、90°折管局部阻力系数分别为0.213、0.462、1.127;采用动量方程计算了水流对弯管的冲击力,拟合了冲击力与流速的关系式,可对弯曲段水压力进行预测。     

承插式90°弯头水力特性的试验与数值模拟

为了研究弯头水流阻力及水流流动特征,运用试验和数值模拟的方法,对DN50和DN75 2种PVC承插式90°弯头的流动特性进行了试验和数值模拟,所得模拟结果与试验结果基本吻合。结果表明:不同管径的弯头局部阻力系数先随雷诺数的增大而迅速降低,在雷诺数达到一定数值后,局部阻力系数趋于一定值,随雷诺数的变化很小。利用CFD中的fluent软件,对不同管径的承插式90°弯头进行了数值模拟。根据模拟结果,建立了局部阻力系数与管径的关系式。同时对比分析了承插式90°弯头的速度场、压力场,由弯头的流线图和速度矢量图,得出了弯头能量损失的主要原因:弯头的能量损失主要发生在弯头下游管段,弯头水头损失主要来源于因流动方向的改变及漩涡引起的能量损失。     

滴灌管水头损失影响因素试验研究

滴灌管的水力性能直接影响到灌水均匀度,是滴灌系统设计和运行过程中的重要指标。通过室内测压试验,研究了滴灌管管长、滴头间距、首部压力以及滴头接入等因素对滴灌管局部水头损失系数和沿程压力分布的影响。结果表明,滴灌管总水头损失随管长的增大、滴头间距的减小而增大,首部压力增大在使得损失增大的同时也使得管路沿线压力分布更为均匀。通过分析每种工况下的水头损失构成,得出局部损失系数ζ在0.137~0.767之间变化,表明有些情况下局部损失在总损失中占有不可忽略的比重。局部损失系数随入口雷诺数的变化不明显,但与滴头间距s和滴头所在位置处过水断面的收缩比ε呈明显的负相关关系,通过回归得到了以ε和s表示的ζ的经验公式,决定系数R2为0.915,并结合经验能坡曲线给出了确定滴灌管沿程任意位置压力大小的方法,计算与试验实测结果拟合效果较好。     

滴头插入对滴灌毛管水头损失影响试验研究

为了提高滴灌毛管水力设计精度,通过试验研究了因滴头插入引起的毛管局部水头损失,根据试验现象分析了毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf、毛管局部水头损失系数ξ,与滴头类型、滴头间距以及雷诺数之间的关系.结果表明:对于不同的滴头和滴头间距,毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf差别较大.在相同间距下,迷宫流道滴头插入导致的hj/hf要大于压力补偿式滴头;对于同一类型滴头,滴头间距越小,局部水头损失越明显,hj/hf越大,且均大于微灌工程技术规范规定;若按规范取沿程水头损失的0.1～0.2计算局部水头损失,将导致滴灌工程设计中水头损失计算偏小.不同类型的滴头,毛管局部水头损失系数差异较大,其中迷宫流道滴头ξ基本在0.6以上,而压力补偿式滴头ξ为0.3～0.5,且ξ随滴头间距减小而增大、随雷诺数增大而减小,雷诺数越大,ξ变化越趋于平稳.通过对试验数据进行回归与统计分析,提出了毛管局部水头损失系数计算公式,相关系数R2为0.953.     

膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数的敏感性分析

【目的】探究膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数敏感性。【方法】基于HYDRUS-2D软件,采用单因子扰动分析方法,研究vanGenuchten方程中α、n、θ_r对膜孔灌单点源自由入渗特性的影响。【结果】(1)单位膜孔面积累积入渗量与α负相关,与n正相关,θ_r对单位膜孔面积累积入渗量无影响。水平湿润锋运移距离与α负相关,θ_r对其无影响。垂直湿润锋运移距离与θ_r负相关,与n正相关。入渗结束时高含水率湿润体面积与θ_r、n正相关,n的扰动对高含水率湿润体面积影响最大。(2)单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随α增大而逐渐减小,α的正扰动对单位膜孔面积累积入渗量的影响程度弱于负扰动。α负扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐增大;α正扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐减小。(3)n负扰动时,单位膜孔面积累积入渗量与垂直湿润锋运移距离的相对灵敏度均随扰动幅度的增大呈先增加后减小的趋势;n正扰动时,单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随扰动幅度的增...     

农田暗管-明沟组合排水系统布设参数计算与设计软件编程

暗管排水是高地下水埋深地区农田排水的主要方式之一。【目的】确定农田暗管-明沟组合排水系统的布设参数。【方法】根据农田排水理论,建立了农田暗管-明沟组合排水系统布设参数计算模型及其C#语言编程。【结果】在题设条件下,考虑地下水蒸发影响时的吸水管间距比不考虑其影响可增大2.9%~17.3%;吸水管间距由15 m增大到25 m时,地下水埋深降深减小24.7%~27.5%;当吸水管埋深由1.5 m增加到2.0 m时,地下水埋深降深可增大34.8%。计算结果与相关算例的最大相对差异小于1.2%,运行速度快,在5 s内可以完成计算过程,适用于不同土壤质地、地下水埋深、地下水蒸发条件和作物种植条件。【结论】设计的软件减轻了农田水利工程基层设计人员的工作量,可以进一步推广。     

核动力系统分析中细管簇当量元件阻力

为研究不同工况下核动力系统主管路的参数变化,需选择合适的阻力元件当量代替部件内部细管簇的流动阻力.根据流体流动规律,设计了一种圆弧渐缩渐扩式当量阻力元件,采用标准k-ε湍流模型探究该阻力元件对圆管内部流动的影响,对比分析得到阻力系数ζ与缩径比d/D和阻力元件长度L的基本规律,最后拟合并验证所得关系式.结果表明：该阻力元件对下游管道影响相对较小,可用于当量代替复杂部件内部流动阻力;排除雷诺数Re对该元件阻力系数ζ的影响,ζ与d/D和L均呈负相关,且d/D越小,L越短,中心轴向速度和湍动能变化越大,下游恢复区长度就越长;经验证,Re>3.0×10⁶,d/D=0.5～0.9时,拟合的指数函数关系式预测的ζ更准确,并且该指数函数能够实现某蒸汽发生器内部细管簇的简化.     

基于CFD的导流墩几何参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响研究

闸站合建枢纽通航时容易在导流墩附近出现复杂水流现象。【目的】改善导流墩墩头前的斜流、偏流以及面层横向速度和轴向速度大的问题。【方法】基于计算流体力学(CFD)对某闸站合建枢纽节制闸通航水流条件进行数值模拟,研究分析了导流墩长度、开孔与否、开孔宽度、相邻孔口中心间距及开孔高度等参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响。【结果】综合考虑导流墩前横向流速、轴向流速及斜流面积,采用单因素递进分析表明,随着导流墩长度增加,导流墩前流速和斜流面积先减小后增大;当开孔宽度增加到4.5 m时,墩头前流速进一步减小,大于4.5 m时,墩头前流态恶化;随着开孔中心间距的增加,导流墩前流速呈现先减小后增大的趋势,孔口中心间距为6.25 m时,流态较优;当开孔高度增加到3.8 m时,墩头前流速和斜流面积进一步减小,大于3.8 m时,墩头前流速和斜流面积随之增大。【结论】通航水流条件的优劣受导流墩结构影响显著,导流墩开孔能够减小墩头前水流面层横向和轴向速度及斜流面积,提高通航安全性。导流墩最优开孔方案为:导流墩长度25 m、开孔宽度4.5 m、相邻孔口中心间距6.25 m、开孔高度3.8 m,相应墩头前水流横向和轴向速度及斜流面积分别为0.25 m/s、0.75 m/s、12.56 m~2。     

冬荪不同栽培方式经济效益分析

【目的】调查冬荪栽培投入产出情况,为冬荪栽培方式选择提供参考依据。【方法】量化分析不同栽培方式下播种菌种量、木材量、上层覆盖料、土表覆盖物及遮阳方式对人工、材料的成本消耗,测算冬荪亩产量,调查冬荪市场价格,计算冬荪总产值、净产值,综合分析对比冬荪不同栽培方式的投入产出比。【结果】冬荪栽培的投入成本在15 802.75～23 395.15元/亩之间,年均产值在3 378.20～33 227.20元/亩之间,2季总产值在6 756.40～66 454.40元/亩之间,2季净产值在-11 038.15～47 321.65元/亩之间。B₁栽培方式的产量、投入产出比最高,投入产出比为2.473 3,生产投资收益最高;其次是E₂栽培方式,投入产出比为1.999 6,生产投资收益次之;C₃、D₄和E₅这3个栽培方式投入产出比为负值,出现亏损,E₅栽培方式效益最差,亏损最严重。【结论】冬荪栽培经济效益主要受到冬荪出菇量和亩产值的影响,B₁栽培方式下的...