迷宫型滴灌灌水器的流速模拟研究

利用Fluent软件对矩形迷宫型滴灌灌水器流道内流体的流速进行了模拟研究,通过对模型进行求解,得到了流场内的流体的流速变化。结果表明:灌水器流道的主流区集中在流道的轴线处,低速区位于流道近壁面和拐角处,接近为0,流体并没有充满整个流道,水流流态主要为紊流,每个单元之间速度分布变化不大;在流道断面面积相同、单元数相同时,矩形迷宫型灌水器内流速与压力呈正相关关系。     

三角绕流滴灌灌水器的数值模拟研究

应用FLUENT软件对三角绕流灌水器流道内部流动及水力性能进行数值分析,研究此类灌水器的湍流特性,揭示其内部湍流流动机理,为此类滴灌灌水器设计提供理论依据、方法与手段。数值计算结果显示,5 m工作水头下灌水器的流量为2.444 L/h,流道的流态指数为0.514。研究表明:三角绕流流道过流断面大,水流紊动强烈,具有较强的消能效果和抗堵性,适合构建性能良好的新型滴灌灌水器。     

圆柱型迷宫式流道滴灌灌水器平面模型试验研究

在流道内的流体流动研究中引入PIV等先进的图像全场测速技术,关键是解决塑料灌水器模型本身的圆柱型以及不透明问题。以AutoCAD技术和读数显微镜相结合的方法测量灌水器迷宫式流道几何参数,探索性地借助不锈钢电火花线切割技术构建了圆柱型灌水器的平面模型,结果表明:平面模型与塑料原型的流态指数非常接近,利用电火花线切割技术可行;流量系数差异较大,应该选择粗糙度合适的平面模型上下表面材料;灌水器流道内部流动可以忽略材料极性引力的影响,流道深度对灌水器出流的影响主要是流量系数,而对于流态指数影响极小。     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。     

基于CFD三维数值模拟的新型蠕动式滴灌灌水器水力性能研究

灌水器是滴灌系统中的核心部件。滴灌技术在农业节水灌溉系统中发挥着举足轻重的作用。针对传统滴灌灌水器流道易堵塞,结构较复杂,流量不稳定等缺点,提出一种新型蠕动式滴灌灌水器。该灌水器以转轮为核心部件,水流推动转轮间歇挤压具有较好弹性的软管,达到定时定量输水的目的。基于CFD三维数值模拟技术,对该滴灌器内部流道结构进行模拟,得到流量-压力关系式。蠕动滴灌器提高了滴头流道的抗堵性能,具有"自清洗"功能;装置结构简单,便于使用和安装。     

滴灌灌水器迷宫流道结构对泥沙运动的影响

采用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,选用夹角、上底宽、齿高、齿尖参差量、流道宽等五因素四水平组成16个迷宫流道模型,进行水沙运动CFD-DEM耦合数值模拟,分析沙粒群通过率、速度下降百分数、沙粒群运动和分布规律。结果表明:沙粒群通过率能有效描述迷宫流道的抗堵塞性能,沙粒群通过率与沙粒速度下降百分数呈负相关,沙粒群整体速度下降是影响迷宫流道内沙粒通过率的核心因素;沙粒速度的变化取决于流道内水流运动特性,而夹角、流道宽是影响水流特性的主要流道结构参数,其中夹角具有显著性影响;较优结构中可使沙粒始终受曳力牵引,大部分沙粒运行于主流区中,保持较高的运动速度,速度下降较小,动能损失少,通过率高,减少了被堵塞的机率;该方法统计了沙粒群运动及分布规律,从微观角度分析迷宫流道内沙粒运动,将有效提高迷宫流道结构设计效率。     

双向对冲流灌水器模拟精度综合评价指标

为了评价数值模拟方法对双向对冲流灌水器的计算精度和适用性,设计3种灌水器样机,以试验测得的流量值与PIV测得的流速值为依据,提出评价模拟精度的宏观流量评价指标和微观流速评价指标.从宏观和微观2个角度评价15种数值模拟组合方案与试验结果的吻合程度,并建立综合评价指标模型,采用变异系数法计算2个评价指标的权重系数.结果表明,采用宏观评价指标得到增强壁面函数和RNG k-ε模型的流量偏差率最小,其宏观评价指标值为1.592%;采用微观评价指标得到增强壁面函数和SST k-ω模型的流速偏差率最小,其微观评价指标值为2.095%,2个指标的权重系数分别为0.6和0.4;对其进行综合评价,其中增强壁面函数和SST k-ω模型的综合评价指标值最小,为2.031%;对综合评价模型进一步验证,其验证样机的模拟值与实测值的综合评价指标值为1.307%,证明了灌水器模拟精度综合评价指标的准确性.综合评价指标的建立旨在提供一种分析数值模拟精度的思路.     

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.     

三角绕流滴灌灌水器结构设计和优化

以三角绕流滴灌灌水器结构的流道单元为研究对象,利用Pro/E软件完成灌水器造型设计,结合计算流体动力学软件Fluent 6.3模拟分析流道的水力性能,研究此类灌水器的湍流特性,揭示其内部湍流流动机理,并对流道结构进行优化。根据分析结果,通过改变外部大三角的形状与内部小三角的形状和位置,对流道单元进行结构优化,得出一种流态指数小于0.5,流道内速度分布均匀,流量在滴灌允许范围内,抗堵性能优良的三角绕流灌水器结构。     

滴灌灌水器及其设计要点

介绍了灌水器的水力学及其类型，分析了影响滴头选择的多种因素，土壤条件,作物需水量,灌溉水质以及管理限制均能影响滴头的选择,正确评估这些因素可为滴灌设计中滴头的选择提供可靠的依据。     

灌水器迷宫流道结构参数数值模拟与抗堵塞分析

借助Fluent6.2CFD流场软件对齿形迷宫流道滴头内部水流特性进行了数值模拟,研究了流道参数齿角、齿尖参差量对灌水器流量的影响。齿尖角与流量之间呈正相关关系;进行抗堵分析时发现,齿角越小,湍急小体积的漩涡越多,越有利于消能和自清洗抗堵塞,而齿尖角越大,水流流线越平滑,越有利于水中颗粒的排出,因此在进行流道抗堵塞结构优化时,应综合考虑这二者之间的矛盾,根据设计流量选择适当的齿尖角;齿尖参差量与流量之间呈负相关关系,即相同齿角及压力条件下,参差量越大,出口流量越小,齿尖参差量对灌水器流量大小的影响与齿尖角度的大小有着密切的关系,随着齿尖角的增大,增大参差量,流量的减小幅度越大;进行抗堵分析时发现,参差量越小,流道的实际过流断面越大,越有利于水中颗粒排出。     

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.     

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。     

滴灌灌水器流体流动机理及其数字可视化研究

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，应用流体力学的一般原理分析灌水器微小流道中流体流态特征，并且利用N-S(Naxier-Stokes)方程描述灌水器微内流场，建立微小流道中流体k-ε紊流模型，通过对模型求解得到流场压力、速度分布．可视化了微小流道中流体的复杂流动，数字化的实验模型有效地减少了实物实验的次数，实现了高性能灌水器低成本、高效率的自主开发。     

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.     

抗堵塞滴头研制与根际滴灌技术集成应用研究

为了解决滴灌水直接输送根际和滴头堵塞的技术问题,开发研制了一种可埋于地下的多变量抗堵塞滴头。经山地红枣不同灌溉试验证明,滴灌、渗灌、根际滴灌产量比不灌溉分别增产12 075、15 145和15 150kg/hm2;WUE分别提高66.94%、72.07%、72.07%,净收入分别增加62 536.0、73 494.0、76 086.0元/hm2。滴灌、渗灌、根际滴灌年使用折旧期分别为8、6、12年。     

基于CFD-DEM耦合的迷宫流道水沙运动数值模拟

基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,针对灌水器迷宫流道内水沙运动进行了CFDDEM耦合数值模拟研究,分析了迷宫流道内流体流场、单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。结果表明:沙粒在流道深度中心面附近分布较多,靠近边壁较少,随着流道深度减小,流道内沙粒的体积浓度成倍上升。流道深度越小,流道深度(Z方向上)水流运动速度越小,随着沙粒Z方向上运动速度增大,沙粒群穿过中心面次数越多,撞击边壁的次数越多,流道深度0.6 mm的撞击边壁次数是1.4 mm的7.01倍,边壁撞击次数的增加使沙粒高频率改变原有运动方向,增加了沙粒之间,沙粒与壁面之间的碰撞,该运动情况降低了沙粒运动速度,减少了动能,不利于沙粒通过迷宫流道,增加了堵塞几率。该方法可分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况,从微观角度了解迷宫流道内沙粒运动,是迷宫流道结构设计的有效手段之一。     

滴灌灌水器精密注塑模具设计与开发

以“塑料制品尺寸精度与模具尺寸精度的关系”理论确定模具的精度，进而以精密注塑模具的相关理论和方法进行滴灌灌水器的模具设计，并在型腔、流道、冷却水道的设计中采用严格的计算校核，最后用注射模拟软件分析模具的设计方案，避免了反复的试模与改模，缩短了设计周期，降低了生产成本。     

应用Femlab软件进行滴灌灌水器的设计

利用Femlab软件可以用偏微分方程式描述各种数学、物理与工程问题或者是多重物理量问题,并可用有限元法对其进行分析。为此,重点介绍了该软件的基本原理与应用方法,包括图形绘制、网格生成、解答器等过程,以及它在滴灌设备研发中的应用。通过该软件的使用大大提高了产品设计质量和速度,降低了制造成本。