流道断面结构特征对迷宫灌水器水力性能的影响

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我国是世界上人均水资源量最贫乏的国家之一,而且灌溉技术相对落后。随着经济社会的迅速发展,水资源的短缺不仅限制了我国土地资源的开发利用,而且水资源的短缺也成为了经济社会发展的重要制约因素。为改变现状,国家十一五规划将农村水利作为国家投资的重点,大面积推广节水灌溉技术。因此,滴灌作为最先进和行之有效的节水灌溉技术,一直受到了国内外的普遍关注。由于我国滴灌技术起步晚、发展快,所以在迷宫流道结构设计开发的过程中,仍然缺乏结构参数理论依据和支撑,大部分滴灌产品存在研发周期长、成本高、制造工艺相对落后、抗堵塞性能不尽理想等诸多问题。解决上述问题,提高灌水器的水力性能是研究的关键,本文利用FLUENT6.1软件,将流道的断面形状(即湿周)与断面面积作为迷宫流道断面特征的控制参数,对迷宫流道内的水流运动进行数值模拟,研究分析灌水器流道断面特征对灌水器水力性能的影响,通过分析灌水器压力分布、压力流量关系、流量系数及流态指数的关系、压力雷诺数关系、流道内速度矢量流场分析、局部速度矢量流场分析以及流速分布,得出以下结论:1)灌水器流量系数、流态指数与流道断面湿周呈正相关;随着湿周的增大,灌水器对压力的变化变敏感;流道雷诺数变小,不易形成紊流;流道主流速区与内侧转角高速区增大,并伴有漩涡产生,外侧转角低速区范围变大,容易形成沉淀,诱发堵塞;因此随着过流断面湿周的增加,迷宫流道灌水器的水力性能降低,抗堵塞和消能能力降低。2)流道断面面积与流量系数呈正相关,与流态指数呈负相关;随着流道断面面积的增大,灌水器对压力变化的敏感度降低;雷诺数增大,容易形成紊流;主流速区与高速区变大,低速区减小;因此随着过流断面面积的增加,迷宫流道灌水器的水力性能提高,抗堵塞和消能能力也提高。3)过流断面为正方形的灌水器是过流断面为矩形的灌水器的一种特殊形式。在面积相同的情况下,比较正方形断面灌水器与矩形断面灌水器发现,正方形断面灌水器能够进一步降低灌水器对压力变化的敏感度;流量系数与流态指数更小;主流速区与高速区更大,低速区更小;说明正方形灌水器的水力性能、消能效果更好。
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