单齿型矩形流道灌水器水力性能及流场特性数值分析

发布时间：2020-05-31 11:19

【摘要】：全球很多地方正在面临水资源短缺的问题,我们国家的水资源更是严重匮乏。发展节水农业,节约灌溉用水、提高灌溉水的利用率是推动我国农业持续发展的一项重要课题。滴灌技术作为一种先进的微灌方法,具有节能、节水、高产等优点,是解决用水紧缺最为有效的农业灌溉方式之一。灌水器可以消耗毛管中水流压力,使其缓慢、稳定、均匀地流出,是滴灌系统中的关键部件。流道构造对灌水器水力性能影响较大,水力性能的优劣又直接决定了灌水质量。迷宫流道灌水器正是由于其复杂的流道边界及其造价相对较低被广泛使用。目前诸多学者针对迷宫流道某一结构参数的变化对灌水器水力性能的影响进行研究,但对在迷宫流道内加齿后形成的灌水器水力性能鲜有研究。为了改善矩形迷宫流道灌水器内水流流速的分布,提高其消能效率和抗堵塞性能,本文提出了一种具有内齿的单齿型矩形迷宫流道灌水器,以期为制作高水力性能灌水器提供一定的依据。利用FLUENT软件对单齿型矩形迷宫流道与目前常用的矩形迷宫流道进行数值模拟计算,得到了压力~流量变化关系、水流流速分布、不同位置处漩涡区内的特性指标。通过分析以上模拟数据可得到以下结论:1)在目前常用的矩形迷宫流道灌水器内无涡处加齿后改变了流道内主流区与旋涡区的分布,灌水器流量系数及流态指数均有减小。2)在目前常用的矩形流道内漩涡处加齿得到的单齿型矩形流道,当加齿处的流道过流断面面积与入口处过流断面面积之比达到25%左右时,其流态指数才比加齿前矩形流道的流态指数小,此时流道内的齿高对灌水器的水力性能才有提高作用。3)就水力性能而言,在目前常用的矩形流道内的流道下边壁处(无涡处)加齿得到的单齿型矩形流道灌水器优于在矩形流道上边壁处(漩涡处)加齿得到的单齿型矩形流道灌水器。4)在同一种尺寸的矩形流道内加齿,随着齿高的增加,流量系数和流态指数均减小,灌水器内流量波动减弱,流量对压力的敏感程度减弱,有利于灌水质量提高。5)若流道内加齿处的过流断面比保持相同,流道尺寸越大将导致流道内加齿高度增大,流量系数变大,灌水器的流量波动就越大。6)对单齿型矩形流道与加齿前矩形流道的流态指数定量比对发现,流态指数减小程度最大的为在矩形流道无涡处加齿得到的e15型灌水器,其中流态指数降低13.3%,这表明对于尺寸较大的矩形迷宫流道灌水器,在无涡处加齿后流态指数降低的程度增大。7)相同入口压力下,单齿型矩形流道的水头损失系数大于矩形流道;并且迷宫流道灌水器水头损失系数随压力水头的变化趋于平稳。8)保持流道内最小过流断面面积一致,对单齿型矩形迷宫流道与矩形迷宫流道进行对比发现,矩形流道内的漩涡区主要位于流道上下边壁处,单齿型矩形流道内漩涡区主要位于齿的两端。加齿流道内流线分布密集,流速较大,漩涡区内流场紊动强烈,流道内漩涡区个数增多,面积增大。因此单齿型矩形迷宫流道局部水头损失增大,其消能效果更为明显。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S277.9

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本文编号：2689778