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滴头是滴灌系统的重要部件之一,其水力性能及抗堵塞性对系统的设计和运行有很大影响。由于滴头流道尺寸小、结构复杂,目前的流动测量技术很难进行内部流场的准确观测,对滴头内部流场与其工作性能之问的关系,还缺乏深入的认识和把握。CFD技术在滴头内流场分析方面的研究刚刚起步,还存在很多问题,有必要对滴头内部流动的动力学性能数值分析方法进行深入分析和研究。本文根据迷宫滴头流动特点,采用试验测量、理论分析与CFD方法对迷宫滴头的工作性能进行了研究。主要研究内容及取得的结论如下:
通过试验观测及理论分析,建立了滴头非定常数值计算模型,并用此模型对迷宫滴头水力特性进行了模拟,所得压力.流量关系预测值与实测值非常吻合,计算精度高于定常模型。流道中压力呈阶梯状下降,在齿尖或结构剧烈变化处压力迅速下降。非定常计算方法不仅可以分析水流在滴头内部的三维复杂流动,还可模拟水流从滴头流出后的水滴形成及滴落过程,为更好地研究滴头的水力特性及灌水效果提供了新的途径。
针对滴头的堵塞问题,根据固液两相流理论,在迷宫滴头中的悬浮颗粒浓度分布数值分析过程中引入双流体模型。计算结果显示,入流颗粒浓度及粒径对流道内速度及颗粒浓度分布均有影响,入流颗粒浓度低时颗粒与水流速度分布比较一致,随着浓度的增加,水流与颗粒速度差异增加,流场紊乱。悬浮颗粒在滴头进水口、缓水区及流道拐弯、迎水区等局部浓度增大,其它区域接近入流浓度。这种计算模式可以较准确地计算颗粒浓度及大小对流道速度分布的影响,对准确预测迷宫滴头的抗堵塞性提供了新的手段。
为了提高滴头工作性能,提出了基于上述CFD理论和技术的滴头流道结构优化方法,模拟了齿形流道结构参数(齿间距、齿角度、齿高、流道深度)不同时流道内悬浮颗粒的浓度分布,结果表明各参数对滴头内悬浮颗粒分布有很大影响,影响程度从大到小顺序为:齿角度一齿问距一流道深度一齿高。该方法可以得到流道结构各因素水平的最优组合,为改善流道水力性能及结构优化设计提供了参考。