迷宮灌水器水流流態(tài)試驗及壓力場數(shù)值模擬.pdf

1、水是人類社會生存與發(fā)展最寶貴的自然資源之一，同時也是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，是國家綜合國力的重要組成部分。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的激增，水資源短缺已成為世界許多國家和地區(qū)共同面臨的世界性問題。水資源短缺成為當(dāng)今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要制約因素，因此，節(jié)水技術(shù)日趨緊迫。
　　 我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水占國民總用水量的73％，農(nóng)業(yè)用供水之間存在嚴重的矛盾，成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，因此發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)勢在必行。在眾多節(jié)水灌溉技術(shù)中，滴

2、灌技術(shù)是最先進、最行之有效的，但由于滴灌灌水器結(jié)構(gòu)精細復(fù)雜、流道尺寸小，所以其流道內(nèi)部壓力場的微觀化分析較少。本文通過實驗得出迷宮流道內(nèi)水流流態(tài)為紊流或過渡區(qū)；同時利用流體力學(xué)軟件(CFD)進行數(shù)值模擬研究其內(nèi)部壓力場的分布情況，為解決迷宮流道內(nèi)部的抗堵塞問題提供一些參考依據(jù)。
　　 本文結(jié)合山西省自然科學(xué)基金項目《滴灌迷宮灌水器中水沙兩相流研究》(2008011054)，在對滴灌灌水器研究成果進行較詳細綜述的基礎(chǔ)上，通過試驗手

3、段與數(shù)值模擬對其水流流態(tài)及壓力場進行了研究。通過對試驗成果與數(shù)值模擬結(jié)果進行分析，可得出以下結(jié)論：
　　 (1)迷宮灌水器流道內(nèi)存在“低速區(qū)”和漩渦區(qū)，其中“低速區(qū)”的存在會使泥沙顆粒在此處發(fā)生沉積；
　　 (2)迷宮灌水器中不斷轉(zhuǎn)折的流道對其內(nèi)部水流干擾很大，可以使其中水流在較小雷諾數(shù)時就失去穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳎粡恼w來看，可認為迷宮灌水器中水流流態(tài)為紊流或過渡區(qū)；由此可知，本文對壓力場的數(shù)值模擬均是在紊流中進行的。

4、>　　 (3)與經(jīng)典雷諾試驗不同，迷宮流道中水流的水頭損失與斷面平均流速的2.0～2.5次方成比例；迷宮灌水器的流態(tài)指數(shù)可達到0.5以下；
　　 (4)在本試驗情況下，迷宮流道中水流過渡區(qū)與紊流區(qū)相互轉(zhuǎn)換的臨界雷諾數(shù)為87.5～125.0。
　　 (5)由壓力場的數(shù)值模擬結(jié)果可知，在相同的流量下，迷宮流道中心線上的壓力隨著過流面積的減小，壓力變化范圍越來越大，壓力值也隨之增大，能量損失越來越大；
　　 (6)由

5、壓力場的數(shù)值模擬結(jié)果可知，在同一過流斷面下，迷宮流道中心線上的壓力隨著流量的增大，壓力變化范圍越來越大，且壓力值也越來越大，壓力最大點及其兩端的壓力較高點之間的差值越來越大；在漩渦處存在著壓力突變點，該點壓力急劇降低；
　　 (7)在迷宮流道內(nèi)產(chǎn)生漩渦處沿Y軸方向中心線上，迷宮“幾”字形外側(cè)壁面處與漩渦處中心線沿Y軸方向上最大流速點之間，流速與壓力之間存在負相關(guān)關(guān)系；在迷宮流道內(nèi)產(chǎn)生漩渦處沿Y軸方向中心線上，在迷宮“幾”字形內(nèi)側(cè)