波涌灌溉换向阀的设计研究与流场分析
发布时间：2021-01-21 07:01
在查阅了国内外波涌灌溉技术及波涌灌溉设备发展现状的基础上,针对我国节水灌溉技术发展过程中存在的波涌灌溉设备种类较少、换向阀旋转阻力较大等问题,设计并制造了 一种新型的自压式波涌灌溉换向阀。运用计算流体力学（CFD）原理,基于ANSYS Workbench有限元分析软件平台,利用FLUENT软件完成了对换向阀内部流场的数值模拟及流场分析,提出改进方案,为换向阀的进一步优化设计提供参考依据,对促进波涌灌溉设备的发展和提升我国现代农业装备水平具有重要意义。主要研究结论如下:（1）结合当前波涌灌溉技术和波涌灌溉设备的发展现状,针对我国波涌灌溉设备种类较少、换向阀旋转阻力较大等问题,利用水压的原理完成了一种新型的波涌灌溉换向阀的整体设计,并介绍其工作原理及其关键零部件的结构。（2）建立波涌灌溉换向阀及其内部流场的三维模型,利用FLUENT软件对处于静态工况下的波涌灌溉换向阀的内部流场进行数值模拟和流场分析,并利用流固耦合原理对换向阀的三通阀体和阀片组件结构进行有限元分析。换向阀的三通阀体以及阀片组件结构在实际工作中的位移和应力都很小,在工作中发生的位移均不足1mm,且三通阀体结构和阀片组件结构的...
【文章来源】：山西农业大学山西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１涌灌溉换向阀结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｓｕｒｇｅ?Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ?Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?Ｖａｌｖｅ??
阀片组件靠近上阀板一侧配有一个控制阀，通过对Ｌ型阀瓣的旋转实现密封水环中??水流的充放，控制密封水环的膨胀与否，进而控制其与三通阀体内壁面的接合密封程度。??图２－２为波涌灌溉换向阀工作原理示意简图。??在某时刻，三通阀体、阀片组件以及控制阀的相对位置如图ａ所示。水流正由进水??口流入通过三通阀体阀腔从左出水口流出，从中心流管流入的水流通过控制阀进水口流??经Ｌ型阀瓣进入到控制阀敞开口中，控制阀敞开口连通密封水环，水流进入密封水环。??此时，由于密封水环内压力较小，利用迎水侧中心流管的高水能，水流会不断流入，直??至密封水环内压力和中心流管入口压力相等，密封水环被水压撑起，此时便完成了一次??密封水环的充水过程。密封水环抵触到三通阀体内壁面，将阀片组件与三通阀体内壁面??的缝隙密封，此时整个换向阀内部密封性良好。??若要将水流方向由进水口－左出水口调整至进水口－右出水口
２．３关键零部件的结构??２．３．１阀片组件结构??如图２－３所示，阀片组件由上阀板１、衬环２、密封水袋３、中心流管４、下阀板５??和定位螺栓６等主要零部件等构成。阀片组件是波涌灌溉换向阀的核心组件，安装于三??通阀体内部，在波涌灌溉换向阀的实际工作过程中，通过阀片组件阀门驱动轴的旋转实??现水流的换向；通过阀片组件控制阀驱动轴的旋转实现换向阀密封的启闭。??中心流管与换向阀进水口同轴，中心流管进水口远离水袋。水袋泄水时，水流经控??制阀直通背水侧。水袋内部压力减小，水袋由膨胀变得松弛，同时在水压的作用下离开??阀壁。??阀片组件转动方向的结构对称，使作用在阀片组件上的水力分布对称，实现了转动??阀片组件时的转动力矩最小。??控制阀的敞开口既是水袋的充水口，又是水袋的泄水口。中心流管虽与控制阀敞开??口同轴，但是中心水流通道只能绕阀板内部绕行至与控制阀敞幵口通道垂直的方向连接??控制阀的进水口。控制阀出水口通道与控制阀进水口通道同轴
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于农田灌溉系统水能关系的农业节水管理分区研究——以上海为例[J]. 吴蒙. 灌溉排水学报. 2018(02)
[2]双浮球式水力自动波涌灌溉设备的研究[J]. 刘洪辰,王帅,梁昭,朱飞,刘之广,刘文龙,王春堂. 节水灌溉. 2017(10)
[3]基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究[J]. 傅渝亮,费良军,聂卫波,陈琳,吴军虎. 农业机械学报. 2016(09)
[4]低压管灌条件下波涌畦灌灌水质量评价[J]. 孙晓琴,吴强,鞠茜茜,王帅,周鹏,王春堂. 灌溉排水学报. 2016(06)
[5]波涌灌溉中的虹吸式时间调节控制器设计[J]. 孙超,刘渊,高昌珍. 天津农业科学. 2015(10)
[6]基于CFX的森林消防泵内部流场模拟分析[J]. 陆润,于文华. 林业机械与木工设备. 2015(05)
[7]我国节水灌溉技术推广现状与对策研究综述[J]. 赵文杰,丁凡琳. 节水灌溉. 2015(04)
[8]波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动数值模拟及试验[J]. 傅渝亮,费良军,聂卫波,王博. 农业工程学报. 2015(02)
[9]波涌灌溉阀的多孔管设计[J]. 赵建玲,苗芳,高昌珍. 山西农业大学学报(自然科学版). 2015(01)
[10]基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究[J]. 黄浩钦,刘厚林,王勇,戴菡葳,蒋琳玲. 农业工程学报. 2014(15)
硕士论文
[1]离心泵动静叶栅内部流动特性的大涡模拟[D]. 王汉义.兰州理工大学 2014
[2]球阀开启过程的瞬态数值模拟与实验研究[D]. 石柯.浙江理工大学 2014
[3]水压先导式无静差减压阀的设计与研究[D]. 张宜波.昆明理工大学 2013
[4]山地丘陵地区波涌灌溉自动灌水系统研究[D]. 袁志德.西南大学 2012
[5]农业灌溉用水效率及其影响因素研究[D]. 黄莺.南京农业大学 2011
[6]渠灌波涌自动灌溉设备研究[D]. 陈军.山东农业大学 2007
[7]新疆波涌畦灌与沟灌试验研究[D]. 丁安川.西安理工大学 2006
[8]水压控制阀内流场的CFD解析及可视化研究[D]. 王艳珍.西南交通大学 2003
本文编号：2990703
【文章来源】：山西农业大学山西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１涌灌溉换向阀结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｓｕｒｇｅ?Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ?Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?Ｖａｌｖｅ??
阀片组件靠近上阀板一侧配有一个控制阀，通过对Ｌ型阀瓣的旋转实现密封水环中??水流的充放，控制密封水环的膨胀与否，进而控制其与三通阀体内壁面的接合密封程度。??图２－２为波涌灌溉换向阀工作原理示意简图。??在某时刻，三通阀体、阀片组件以及控制阀的相对位置如图ａ所示。水流正由进水??口流入通过三通阀体阀腔从左出水口流出，从中心流管流入的水流通过控制阀进水口流??经Ｌ型阀瓣进入到控制阀敞开口中，控制阀敞开口连通密封水环，水流进入密封水环。??此时，由于密封水环内压力较小，利用迎水侧中心流管的高水能，水流会不断流入，直??至密封水环内压力和中心流管入口压力相等，密封水环被水压撑起，此时便完成了一次??密封水环的充水过程。密封水环抵触到三通阀体内壁面，将阀片组件与三通阀体内壁面??的缝隙密封，此时整个换向阀内部密封性良好。??若要将水流方向由进水口－左出水口调整至进水口－右出水口
２．３关键零部件的结构??２．３．１阀片组件结构??如图２－３所示，阀片组件由上阀板１、衬环２、密封水袋３、中心流管４、下阀板５??和定位螺栓６等主要零部件等构成。阀片组件是波涌灌溉换向阀的核心组件，安装于三??通阀体内部，在波涌灌溉换向阀的实际工作过程中，通过阀片组件阀门驱动轴的旋转实??现水流的换向；通过阀片组件控制阀驱动轴的旋转实现换向阀密封的启闭。??中心流管与换向阀进水口同轴，中心流管进水口远离水袋。水袋泄水时，水流经控??制阀直通背水侧。水袋内部压力减小，水袋由膨胀变得松弛，同时在水压的作用下离开??阀壁。??阀片组件转动方向的结构对称，使作用在阀片组件上的水力分布对称，实现了转动??阀片组件时的转动力矩最小。??控制阀的敞开口既是水袋的充水口，又是水袋的泄水口。中心流管虽与控制阀敞开??口同轴，但是中心水流通道只能绕阀板内部绕行至与控制阀敞幵口通道垂直的方向连接??控制阀的进水口。控制阀出水口通道与控制阀进水口通道同轴
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于农田灌溉系统水能关系的农业节水管理分区研究——以上海为例[J]. 吴蒙. 灌溉排水学报. 2018(02)
[2]双浮球式水力自动波涌灌溉设备的研究[J]. 刘洪辰,王帅,梁昭,朱飞,刘之广,刘文龙,王春堂. 节水灌溉. 2017(10)
[3]基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究[J]. 傅渝亮,费良军,聂卫波,陈琳,吴军虎. 农业机械学报. 2016(09)
[4]低压管灌条件下波涌畦灌灌水质量评价[J]. 孙晓琴,吴强,鞠茜茜,王帅,周鹏,王春堂. 灌溉排水学报. 2016(06)
[5]波涌灌溉中的虹吸式时间调节控制器设计[J]. 孙超,刘渊,高昌珍. 天津农业科学. 2015(10)
[6]基于CFX的森林消防泵内部流场模拟分析[J]. 陆润,于文华. 林业机械与木工设备. 2015(05)
[7]我国节水灌溉技术推广现状与对策研究综述[J]. 赵文杰,丁凡琳. 节水灌溉. 2015(04)
[8]波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动数值模拟及试验[J]. 傅渝亮,费良军,聂卫波,王博. 农业工程学报. 2015(02)
[9]波涌灌溉阀的多孔管设计[J]. 赵建玲,苗芳,高昌珍. 山西农业大学学报(自然科学版). 2015(01)
[10]基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究[J]. 黄浩钦,刘厚林,王勇,戴菡葳,蒋琳玲. 农业工程学报. 2014(15)
硕士论文
[1]离心泵动静叶栅内部流动特性的大涡模拟[D]. 王汉义.兰州理工大学 2014
[2]球阀开启过程的瞬态数值模拟与实验研究[D]. 石柯.浙江理工大学 2014
[3]水压先导式无静差减压阀的设计与研究[D]. 张宜波.昆明理工大学 2013
[4]山地丘陵地区波涌灌溉自动灌水系统研究[D]. 袁志德.西南大学 2012
[5]农业灌溉用水效率及其影响因素研究[D]. 黄莺.南京农业大学 2011
[6]渠灌波涌自动灌溉设备研究[D]. 陈军.山东农业大学 2007
[7]新疆波涌畦灌与沟灌试验研究[D]. 丁安川.西安理工大学 2006
[8]水压控制阀内流场的CFD解析及可视化研究[D]. 王艳珍.西南交通大学 2003
本文编号：2990703
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