圓柱繞流滴灌灌水器結(jié)構(gòu)與水力特性研究.pdf

1、灌水器是滴灌系統(tǒng)中的核心設(shè)備，它的性能和質(zhì)量直接決定著灌溉系統(tǒng)的工作性能，其主要功能是消耗壓力水的能量，使水滴均勻地出流?；谀壳霸趪鴥?nèi)廣泛使用的灌水器流道結(jié)構(gòu)形式基本呈現(xiàn)出單一模式的迷宮形流道的局面，本文基于圓柱繞流、突擴管與突縮管水力特性，提出了一種新型的灌水器結(jié)構(gòu)--圓柱繞流滴灌灌水器。
　　 首先本文參照迷宮式滴灌帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了圓柱繞流灌水器模型。通過對模型進行數(shù)值模擬，得出流道內(nèi)壓力分布圖與速度矢量圖。速度矢量分

2、布圖顯示，在流道兩翼存在較大面積的低速區(qū)，容易造成堵塞。為了提高流道的抗堵性能，本文對灌水器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將兩翼的尖角倒圓。其次，對優(yōu)化后的流道形式采用正交試驗設(shè)計方法，得到一系列的灌水器結(jié)構(gòu)。通過對灌水器結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析，并對模擬結(jié)果進行回歸統(tǒng)計分析后，得到各模型的流態(tài)指數(shù)和流量系數(shù)。再次，采用方差分析的方法對模擬結(jié)果進行分析，得出各結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)果的影響因子，并擬合得到計算此類模型流態(tài)指數(shù)與流量的經(jīng)驗公式。然后，對灌水器流道進行兩相流分

3、析，觀察固體顆粒在流道內(nèi)的運動軌跡，在不影響灌水器水力性能的前提下，進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高抗堵性能。最后，加工相應(yīng)的灌水器產(chǎn)品進行水力性能試驗來驗證這類產(chǎn)品的水力性能。
　　 通過正交試驗和方差分析發(fā)現(xiàn)，灌水器流道深度與流道單元開口尺寸，對流量的影響顯著；灌水器流道深度和圓柱圓心距離進口端水平距離對流態(tài)指數(shù)的影響最大。通過對灌水器兩相流模擬發(fā)現(xiàn)，流道單元開口尺寸及流道深度兩個因素與抗堵性能成正比，其值越小，抗堵塞性能越差；而圓柱圓

4、心離進口端水平距離及流道寬度尺寸越小，抗堵性能越強；繞流圓柱直徑越大，兩翼低速區(qū)紊動越強烈，但是在兩翼出現(xiàn)0速區(qū)，該因素對流道抗堵性能的影響有待進一步研究。通過對加工出的實體模型進行水力實驗發(fā)現(xiàn)，灌水器水力性能優(yōu)越，部分灌水器的流態(tài)指數(shù)小于0.5，在通過含顆粒直徑接近流道最小斷面1/3的渾水時，均未發(fā)生堵塞，有較強的抗堵塞性能；通過對實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，顆粒直徑對流道堵塞影響最大，是灌水器堵塞的主要原因，其次是灌水器進口的工作壓力。