迷宫灌水器旋涡区特性及其影响因素分析

发布时间：2020-11-02 01:53

　　我国是全球水资源最为匮乏的十三个国家之一。目前我国人口增长与经济社会发展已因水资源缺乏受到了严重的制约。同时，我国水资源利用率较低的现象普遍存在，尤其在农业用水上更加突出。为改变现状，国家在十二五规划将大面积推广节水灌溉，发展节水灌溉技术作为农业投资的重点。滴灌作为目前行之有效的节水灌溉技术，其具有水的利用率高、灌溉均匀度好的特点。滴灌灌水器是滴灌系统的核心部分，是消能的主要部位。由于滴灌灌水器结构精细，尺寸微小，迷宫流道内易发生堵塞现象影响滴灌系统的灌溉均匀度，甚至导致滴灌系统的报废。堵塞现象主要是从迷宫流道内旋涡区开始的，目前对于迷宫流道内旋涡区缺乏系统性的研究。本文作为山西省自然科学基金项目“滴灌迷宫灌水器中水沙两相流研究”（2008011054）的后续研究内容，以矩形迷宫灌水器为研究对象，通过FLUENT软件模拟了流道内水流流动情况，得到了速度矢量图、速度等值线图、压力分布、切向速度分布图等，通过TECPLOT软件处理，得到了旋涡区面积、旋涡区中心点位置、旋涡区及主流区流速分布、旋涡区涡旋强度、旋涡区内压力分布等旋涡区内特性指标。并分析了流动发展与流量对于旋涡区各特性指标的影响，并得到了如下结论： 1）矩形迷宫灌水器流道内水流可分为速度较大的主流区，位于边壁处的旋涡区和位于拐角处的小涡区。随着流量的增大各区域流速均增大，流线也更加密集。流道内小涡区的数量随着流量的增大而逐渐减少。流道内迎水面的小涡区要明显比背水面的小涡区大。 2）随着流动的发展，旋涡区面积在进口处较大，之后基本不变。旋涡区中心位置偏移量较小，在流动方向上的偏移量相较于法线上的偏移量较大。旋涡中心位于零速区内，表明流动的发展对于旋涡区零速区的影响较小；迷宫灌水器内流量变化对旋涡区水流流动形态没有影响。但随着流量的增大，旋涡区面积也增大，同时旋涡中心点位置偏向灌水器壁面并向流道下游移动，且偏移量较明显。流量的增加无法改变旋涡区中心水流流速几乎为零的现象，不能从根本上消除堵塞的产生。 3）随着流动的发展，旋涡区内各点压力值均减小，压差变化趋势也相同，即边界到漩涡中心压差均大于固壁到旋涡区中心压差。旋涡区内压力由旋涡区边界向中心降低速度较快，至旋涡中心降至最低；随着流量的增大，旋涡区各压差均增大，表明适当增大流量可以提高矩形迷宫灌水器内旋涡区的消能作用。且流量的增大对于旋涡区的消能作用提升较明显。 4）泥沙颗粒在矩形迷宫灌水器进出口段相较于中间段发生堵塞概率更高的现象可能由于泥沙颗粒在流道进口时跟随速度最大易在流道进口处与边界流速相同，泥沙颗粒就易在此进入旋涡区，此处涡旋强度与流道内其他旋涡区相比来说较大，但相差幅度不大即对于泥沙颗粒增加的离心力也是有限的。当离心力不足以让泥沙颗粒重新进入流道，就会在旋涡区发生无休止的涡旋运动，甚至进入旋涡区内的零速区，引起流道的堵塞。泥沙颗粒在流道内随着水流运动时，其颗粒跟随速度逐渐减少，经过一定单元后其跟随速度再次与旋涡区边界流速达到一致，从而进入旋涡区，而涡旋强度随着流动发展而逐渐减小，涡旋运动的减弱同时引起泥沙颗粒的离心力的减小。此时易引起流道的堵塞。 5）流量在5L/h到7L/h之间增加时对于旋涡区内涡旋运动提升最明显，即对流道内消能与抗堵塞提升最明显，因而在矩形迷宫灌水器实际使用中应将进口流量保持在7L/h。 6）在流道优化过程对旋涡区进行去除时应以公称流量下流道内的首个旋涡区为标准进行优化。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S277.9
【部分图文】：

流道面,迷宫,灌水器,矩形