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水是人类生活不可或缺的主要物质之一,对于是国家发展和社会进步的必不可少。中国庞大的人口基数使得中国水资源的人均占有量不到世界平均水平的1/4,位居全球末位,严重缺水,大约2/3的大中城市面临严重缺水。同时,由于水体污染和水资源浪费现象普遍存在,中国水资源正处于供需紧张的局面。因此中国必须大力发展农业节水灌溉。
滴灌是所有节水灌溉技术中对水资源利用率最高以及应用较为广泛的技术,相对于地面灌溉而言其节水量可高达80%,比喷灌节水量高达40%、能源节省60%,由此看出滴灌的优点突出。在滴灌灌溉系统中,灌水器是最核心的部件,其内部流道结构形式,又是影响灌水器水力性能好坏的关键,对滴灌系统的抗堵塞能力、灌水均匀性以及使用寿命有很大影响。因此,找到一种水力性能较优的灌水器是目前研究的重点问题。
本文结合太原市武宿节水灌溉示范基地改造工程存在滴头堵塞问题,结合导师的研究方向,决定对滴头流道结构进行进一步研究,提出一种水力性能与抗堵塞性能较好的滴头流道结构。
本文采用FLUENT数值模拟方法,在前期课题研究基础上选择组合较优的单内齿结构和双内齿结构形成组合型迷宫流道灌水器,在6种压力水头下,组合方式共有4种,以三个单元为研究对象,分别为ABB、ABA、BAB、BAA(A为单内齿结构,B为双内齿结构),无齿处断面尺寸分别为1.5㎜*1.5㎜,1.7㎜*1.7㎜,2.0㎜*2.0㎜以及2.5㎜*2.5㎜,加齿齿高分别为0.794mm、0.9mm、1.058mm、1.323mm,总共为16种组合型迷宫流道灌水器。模拟其内部的水流状况,采用幂函数对压力和流量进行拟合,得到压力~流量曲线,并且得出相应的流量系数k和流态指数x。研究不同流道组合单元对其水力性能的影响,旨在得到一个较优的迷宫灌水器的迷宫流道灌水器结构。得到以下结论:
(1)组合型迷宫流道灌水器的流量随压力的增大而增大;
(2)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,AAB和ABA组合的灌水器结构的流态指数随着齿高和断面尺寸的增大而增大,而BAB和ABB组合灌水器结构的流态指数随着齿高和断面尺寸的增大呈先减小厚增大的变化趋势;
(3)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,组合ABB和BAB灌水器结构的流态指数均小于组合AAB和ABA,所以组合ABB和BAB组合型迷宫流道灌水器的水力性能更优;
(4)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,四种组合灌水器结构的流量系数随着齿高以及进口断面尺寸的增加而增加;
(5)组合AAB和ABA的灌水器结构的流量系数几乎相同,组合BAB和ABB的灌水器结构的流量系数几乎相同,且组合AAB和ABA迷宫流道灌水器的流量系数均大于组合BAB和ABB的流量指数,所以BAB和ABB组合型迷宫流道灌水器的水力性能更优;
(6)无齿处断面尺寸为2.5mm*2.5mm的不同组合的迷宫流道灌水器的流态指数和流量系数均为最大,水力性能最差;
(7)断面尺寸为1.5mm*1.5mm,齿高为0.794mm的BAB组合型迷宫流道灌水器的流量系数和流态指数均为最小,表明其水力性能较优。
滴灌是所有节水灌溉技术中对水资源利用率最高以及应用较为广泛的技术,相对于地面灌溉而言其节水量可高达80%,比喷灌节水量高达40%、能源节省60%,由此看出滴灌的优点突出。在滴灌灌溉系统中,灌水器是最核心的部件,其内部流道结构形式,又是影响灌水器水力性能好坏的关键,对滴灌系统的抗堵塞能力、灌水均匀性以及使用寿命有很大影响。因此,找到一种水力性能较优的灌水器是目前研究的重点问题。
本文结合太原市武宿节水灌溉示范基地改造工程存在滴头堵塞问题,结合导师的研究方向,决定对滴头流道结构进行进一步研究,提出一种水力性能与抗堵塞性能较好的滴头流道结构。
本文采用FLUENT数值模拟方法,在前期课题研究基础上选择组合较优的单内齿结构和双内齿结构形成组合型迷宫流道灌水器,在6种压力水头下,组合方式共有4种,以三个单元为研究对象,分别为ABB、ABA、BAB、BAA(A为单内齿结构,B为双内齿结构),无齿处断面尺寸分别为1.5㎜*1.5㎜,1.7㎜*1.7㎜,2.0㎜*2.0㎜以及2.5㎜*2.5㎜,加齿齿高分别为0.794mm、0.9mm、1.058mm、1.323mm,总共为16种组合型迷宫流道灌水器。模拟其内部的水流状况,采用幂函数对压力和流量进行拟合,得到压力~流量曲线,并且得出相应的流量系数k和流态指数x。研究不同流道组合单元对其水力性能的影响,旨在得到一个较优的迷宫灌水器的迷宫流道灌水器结构。得到以下结论:
(1)组合型迷宫流道灌水器的流量随压力的增大而增大;
(2)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,AAB和ABA组合的灌水器结构的流态指数随着齿高和断面尺寸的增大而增大,而BAB和ABB组合灌水器结构的流态指数随着齿高和断面尺寸的增大呈先减小厚增大的变化趋势;
(3)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,组合ABB和BAB灌水器结构的流态指数均小于组合AAB和ABA,所以组合ABB和BAB组合型迷宫流道灌水器的水力性能更优;
(4)当灌水器断面尺寸及结构参数一定时,四种组合灌水器结构的流量系数随着齿高以及进口断面尺寸的增加而增加;
(5)组合AAB和ABA的灌水器结构的流量系数几乎相同,组合BAB和ABB的灌水器结构的流量系数几乎相同,且组合AAB和ABA迷宫流道灌水器的流量系数均大于组合BAB和ABB的流量指数,所以BAB和ABB组合型迷宫流道灌水器的水力性能更优;
(6)无齿处断面尺寸为2.5mm*2.5mm的不同组合的迷宫流道灌水器的流态指数和流量系数均为最大,水力性能最差;
(7)断面尺寸为1.5mm*1.5mm,齿高为0.794mm的BAB组合型迷宫流道灌水器的流量系数和流态指数均为最小,表明其水力性能较优。