双内齿矩形迷宫流道灌水器水力性能数值模拟分析

发布时间：2020-06-18 04:12

【摘要】：水资源是人类生存和社会发展不可替代的自然资源,我国水资源储量虽然丰富,但是人均水资源占有量极低,属于严重缺水的国家之一。我国灌溉技术较为落后,但每年用于农业灌溉的用水量却十分巨大,缺水情况日益严重,推广节水灌溉技术势在必行。滴灌灌水器近些年来凭借着其水利用率高、适应环境能力强的特点发展极为迅速。目前常用迷宫流道灌水器的消能是通过不断转折的流道来增加损失实现的,而水头损失与流速水头相关,为了增加水头损失,获得较大的流速水头,需缩小灌水器流道断面面积,这样一来灌水器的抗堵塞性能就会变差。本文在目前常用的矩形迷宫流道灌水器中加入内齿,以增加水头损失,这样可以适当加大灌水器流道断面面积,流道的抗堵塞性能也会有所提高,最终形成双内齿矩形迷宫流道灌水器,这方面的文献尚未见到。利用流体力学软件CFD模拟了在8种不同压力水头下双内齿矩形迷宫流道灌水器和目前常用矩形迷宫流道灌水器内部水流运动情况,提取得到其速度矢量图,并计算分析得出灌水器水头损失系数、流量系数、流态指数、压力流量关系和压力雷诺数关系。从上述方面比较了双内齿矩形迷宫流道灌水器和目前常用矩形迷宫流道灌水器的水力性能,分析了内齿高度和内齿间距对双内齿矩形迷宫流道灌水器水力性能的影响,并比较了两类内齿位置不同的双内齿矩形迷宫流道灌水器的水力性能,为进一步研发灌水器提供参考依据。经数值模拟与分析,得出了以下结论:1)双内齿矩形迷宫流道灌水器的流态指数普遍小于目前常用的矩形迷宫流道灌水器的流态指数。说明在目前常用的矩形迷宫流道灌水器内增加内齿后形成的双内齿矩形迷宫流道灌水器的出流量稳定,水力性能变好。2)在目前常用矩形迷宫流道灌水器流道中,横向位置无涡区增加内齿后形成的双内齿矩形迷宫流道灌水器的流态指数比在横向位置漩涡区增加内齿后形成的双内齿矩形迷宫流道灌水器的流态指数小,说明在目前常用的矩形迷宫流道横向位置无涡区增加内齿形成的灌水器出流量更稳定,水力性能更好。3)双内齿矩形迷宫流道灌水器水头损失系数的变化与内齿高度的变化呈正相关,与内齿间距的变化呈负相关;内齿间距较小时,该类型灌水器的水头损失系数对内齿高度的变化敏感,内齿间距较大时,对内齿高度的变化相对不敏感;内齿高度较大时,内齿间距对该类型灌水器的水头损失系数影响较大,当内齿高度较小时,这种影响相对减小。4)双内齿矩形迷宫流道灌水器的流量变化与压力水头的变化呈正相关;该类型灌水器的流量变化与内齿高度的变化呈负相关,与内齿间距的变化呈正相关;流量系数与内齿高度呈负相关,与内齿间距呈正相关;流态指数随内齿高度的增大呈现先减小后增大的趋势,当内齿高度较大时,内齿间距对流态指数的影响很小。5)随着内齿高度的增加,灌水器拐角处形成的漩涡越来越明显,并且漩涡的面积逐渐增大,消能能效果有所提高;内齿间距的变化对于双内齿矩形迷宫流道灌水器的漩涡无太大影响。双内齿矩形迷宫流道灌水器流道内的水流最高流速随内齿高度的增加普遍减小,内齿间距的变化对灌水器流道内水流流速的影响不明显。
【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：2718674