摘要：为从结构设计上解决灌水器的堵塞问题,针对滴灌灌水器的各种微小迷宫流道形式,应用计算流体力学(CFD)数值模拟可视化地揭示了迷宫流道内部流动场的情况,并通过流体力学相似实验,用激光多普勒测速仪(LDV)测量了流道中的速度流场,验证了流态模拟计算的正确性。在此基础上,分析了迷宫流道的堵塞机理,针对流道中存在的流动滞止区结构,提出迷宫流道主航道抗堵优化设计方法,使优化后流道中不存在流动滞止区,提高迷宫型灌水器的抗堵性能,并通过了实验验证。

摘要：以提高迷宫流道灌水器的抗堵塞能力为目的,以齿型流道结构的灌水器为主要研究对象,首先应用计算流体力学(computational fluid dynamics)二相流模拟方法分析了迷宫流道灌水器的水力性能,重点模拟了含沙量在流道内的分布规律,提出了以较小的含沙量等值线为流道边界对流道进行优化设计的方法,通过对2次优化后的流道结构进行二相流数值模拟,发现优化后流道的含沙量分布较原型流道的含沙量分布更加均匀,大量固体颗粒集中在进出口附近流道单元壁面的现象基本消除,流道优化设计后灌水器的抗堵塞性能得到显著改善。其次,对优化结果进行了标准化设计,制作了原型与标准化模型片式滴头,生产了测试滴灌带。最后,分别对2种滴头进行了水力性能测试与抗堵塞试验,验证了数值模拟结果。结果表明:以较小的含沙量等值线作为流道基本边界进行流道抗堵塞优化设计与标准化设计获得的流道,保持了原型流道的优良水力性能,改善了抗堵塞性能,使用寿命是原型的2倍。

摘要：迷宫流道对滴灌灌水器的水力性能有较大影响,设计出合理的流道形式并快速制造出试验样件是加速开发新产品研制周期的关键。利用先进的计算机辅助设计(CAD)和数控加工技术(NC)制造出迷宫流道试验样件,通过改制加工刀具,用刀尖的结构尺寸来控制流道几何尺寸,从而解决了流道尺寸测量难的问题。采用微流控芯片的制作方法,对基片进行热键合,能快速将迷宫流道设计思想转化成试验样件,并完成水力性能实验,实现迷宫流道的快速定型。

摘要：采用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,选用夹角、上底宽、齿高、齿尖参差量、流道宽等五因素四水平组成16个迷宫流道模型,进行水沙运动CFD-DEM耦合数值模拟,分析沙粒群通过率、速度下降百分数、沙粒群运动和分布规律。结果表明:沙粒群通过率能有效描述迷宫流道的抗堵塞性能,沙粒群通过率与沙粒速度下降百分数呈负相关,沙粒群整体速度下降是影响迷宫流道内沙粒通过率的核心因素;沙粒速度的变化取决于流道内水流运动特性,而夹角、流道宽是影响水流特性的主要流道结构参数,其中夹角具有显著性影响;较优结构中可使沙粒始终受曳力牵引,大部分沙粒运行于主流区中,保持较高的运动速度,速度下降较小,动能损失少,通过率高,减少了被堵塞的机率;该方法统计了沙粒群运动及分布规律,从微观角度分析迷宫流道内沙粒运动,将有效提高迷宫流道结构设计效率。

摘要：以齿形迷宫流道为研究对象,齿转角和齿间距分别设置4个水平,采用两因素四水平全面试验方法设计,根据流体动力学两相流理论,利用Fluent 6.3软件对设计滴头进行了液固两相流数值模拟,分析了齿转角和齿间距对滴头水力性能和抗堵塞性能的影响.结果表明:齿转角、齿间距与流量系数均呈正相关关系,流量系数随齿转角和齿间距的增大而增大;齿转角对流态指数的影响较为复杂,以120°为转捩角呈2种变化趋势,当齿转角大于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先减小后增大的趋势;当小于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先增大后减小的趋势.提出以颗粒浓度的某个范围分析灌水器的抗堵塞性能的方法,流道内悬浮颗粒最高浓度的高低与高浓度区域所占比例并不完全一致,但最高浓度越高,则颗粒聚集的机会越大,发生局部沉淀的可能性就越大,高浓度区域所占面积也相对较大,滴头越易发生堵塞.

摘要：在对迷宫流道结构特征参数提取的基础上,应用快速成形制造技术制作一体化灌水器实验原型,进行了灌水器水力性能实验。应用多元线性回归拟合出了压力流量关系式和回归曲线图,提出以梯形单元为主特征的流量与结构特征参数关系公式,通过实验验证了其可行性和准确性,建立了此种流道流量压力结构之间的关系。进一步分析了流道制造偏差对灌水器流量的影响,为迷宫型灌水器参数化结构设计和制造中的精度控制提供了理论依据。

摘要：基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,针对灌水器迷宫流道内水沙运动进行了CFDDEM耦合数值模拟研究,分析了迷宫流道内流体流场、单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。结果表明:沙粒在流道深度中心面附近分布较多,靠近边壁较少,随着流道深度减小,流道内沙粒的体积浓度成倍上升。流道深度越小,流道深度(Z方向上)水流运动速度越小,随着沙粒Z方向上运动速度增大,沙粒群穿过中心面次数越多,撞击边壁的次数越多,流道深度0.6 mm的撞击边壁次数是1.4 mm的7.01倍,边壁撞击次数的增加使沙粒高频率改变原有运动方向,增加了沙粒之间,沙粒与壁面之间的碰撞,该运动情况降低了沙粒运动速度,减少了动能,不利于沙粒通过迷宫流道,增加了堵塞几率。该方法可分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况,从微观角度了解迷宫流道内沙粒运动,是迷宫流道结构设计的有效手段之一。

摘要：为客观评价浑水中泥沙特性对滴头流道堵塞的影响以及合理选择滴灌水质处理方法,采用L9(34)的正交试验设计方法,进行了浑水间歇灌水测试,并提出了以滴头平均相对流量和灌水均匀度系数作为基本参数的滴头堵塞程度综合评价方法,比较分析了压力、含沙量以及泥沙粒径等变化对滴头堵塞比例和堵塞程度的影响规律.研究结果表明:对于粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒,工作压力对流道堵塞的影响非常显著,其次为泥沙粒径;滴头堵塞程度的大小是由粒径、含沙量、工作压力三者相互耦合作用引起的,且相互之间不存在单调相关关系.在实际灌水过程中,当灌溉水中含有较多小于0.1 mm的泥沙颗粒时,应尽量滤除粒径小于0.048 mm的颗粒,并可加入分散剂,阻止细小黏粒的团聚絮凝作用,以提高滴头抗堵塞能力.

摘要：【目的】设计对不同泥沙级配的浑水进行滴灌试验,为泥沙机械组成对滴头堵塞的影响过程研究提供理论参考。【方法】采用短周期法,设计了粒径小于0.1mm的3种不同级配泥沙（编号分别为A、B、C,其〈0.03mm,≥0.03~≤0.05mm,〉0.05~≤0.1mm粒径泥沙所占比例分别为58.38%,27.17%,14.45%;48.50%,13.20%,38.30%;20.13%,23.55%,56.32%）及3种不同含沙量（0.5,1.0,1.5g/L）组合的滴头抗堵塞试验,分析了毛管中沉积泥沙的位置与粒径组成及滴头流量与含沙量的变化。【结果】当含沙量不大于1.0g/L时,泥沙级配C最易造成滴头堵塞,而级配B次之,级配A最不易造成滴头堵塞;当含沙量大于1.0g/L时,泥沙级配对堵塞的影响有所降低。当毛管上的滴头发生严重堵塞时,毛管内的淤积泥沙主要分布在毛管中段0.6~1.0m处,未发生堵塞或者发生非常轻微堵塞的毛管泥沙淤积主要分布在毛管尾端。粒径〉0.05~≤0.1mm的泥沙最易沉积在毛管内,而小于0.03mm的泥沙颗粒最易随水流排出滴头。【结论】泥沙级配是影响滴头堵塞的主要因素,当大于0.05mm的泥沙颗粒含量较高时,非常易造成滴头堵塞,泥沙级配对其在毛管中的淤积位置影响较小,但对泥沙淤积量有一定的影响。

摘要：【目的】分析进口栅格结构对滴头性能的影响,为迷宫流道滴头的设计提供参考。【方法】应用计算流体力学CFD方法,对不同进口结构的滴头流道流场进行数值模拟,分析进口数目、进口宽度、进口高度和缓水区深度对滴头性能的影响。【结果】进口流量在不同进口栅格之间分配,距离迷宫流道越远的进口栅格流量越小,流量主要集中在靠近迷宫流道的几个进口栅格;在总进口栅格断面面积大于迷宫流道最小断面面积的情况下,不同进口栅格结构几乎对滴头流量没有影响,而对各进口栅格之间的流量分配影响较大;随着进口高度和缓水区深度的增加,不同进口之间流量和流速的分布更加均匀,低速区面积减小,可降低进口处泥沙沉积,提高滴头的抗堵塞性能;单纯增加进口数目并不能从根本上改善进口处的堵塞状况,片式滴头进口数目以3~5个为宜。【结论】进口栅格结构对滴头性能影响很大,应深入研究以优化滴头性能。