不同型式迷宫灌水器水流流场与压力场比较

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水是一种极其珍贵的天然资源,人类社会的生存和发展都离不开水。我国属于十三个严重缺水的国家之一,水资源十分紧缺。随着我国经济和人口的快速发展,人类社会对水的需求量加大,也加剧了水资源紧张的局面。因此,我国政府和相关部门提倡节约用水,更是加大力度推广节水措施。我国是一个农业大国,年灌溉用水量巨大。但由于我国大部分地区使用传统灌溉技术,导致水资源浪费严重。现在,国际上一些国家开始应用推广节水灌溉技术,因其具有合理利用水资源、促进作物增产等优点。其中滴灌是目前较先进的一种节水灌溉技术,与管灌、喷灌等灌水技术相比较,滴灌的水利用率最高。而滴灌灌水器被认为是滴灌技术中最好的设备。滴灌灌水器具有水利用率高、环境适应力强等特点。迷宫流道则是滴灌灌水器最好的流道形式,其复杂的流道结构导致其具有很好的消能能力。水力性能优良的灌水器,其流道抗堵塞性能和灌溉均匀度都会很高。因此对灌水器水力性能的研究是十分重要的。流道结构是影响灌水器水力性能的关键因素。近些年,关于迷宫流道灌水器结构参数对水力性能的影响已做了大量的研究。但大多针对同一型式迷宫流道灌水器进行研究,而对于不同型式迷宫灌水器水力性能的比较则较少。本文选取最为常见的齿形、矩形、三角形以及梯形迷宫灌水器为研究对象。提取四种迷宫灌水器的流道结构参数,借助FLUENT软件对其流道内部水流流动情况进行模拟。模拟条件设定在3m、5m、7m等8种压力水头下,分别得到其速度矢量图、指定断面速度分布图、压力分布图、指定断面压力分布图。并计算得出压力流量关系、压力雷诺数关系、流量系数、流态指数、灌水器水头损失系数、单元流道长度的压力降、漩涡中心速度、漩涡强度等。从上述方面,对四种型式迷宫灌水器的水力性能进行研究。在数值模拟和计算结果的基础上,得出了一下结论:1)流态指数可以作为评价灌水器水力性能的指标,其值越小,灌水器水力性能越好。齿形灌水器的流态指数为四者中最小,说明齿形迷宫灌水器水力性能优于其它三种型式迷宫灌水器。而流量系数值越小,则说明灌水器出流量越稳定。齿形迷宫灌水器的流量指数最小,说明其流量的波动性最小,出流量最为稳定。2)同一压力水头条件下,四种型式迷宫灌水器的雷诺数值均大于临界雷诺数值255,说明这四种型式的迷宫灌水器均处于紊流状态,且具有较好的消能能力和抗堵塞性能。3)对比四种型式迷宫灌水器的速度矢量图发现:同一压力水头下,流道内水流流动的情况基本相似。流道内漩涡数量和位置不同。矩形迷宫灌水器含有3个漩涡,且漩涡体积较小。其它三种迷宫灌水器均含有4个漩涡,且体积很大。矩形迷宫灌水器的漩涡位置位于流道的转角处,其它三种型式迷宫灌水器的漩涡位置均靠近流道壁。齿形和三角形迷宫灌水器的漩涡范围要大于其它两种迷宫灌水器。4)分析四种型式迷宫灌水器的指定断面速度分布图可知:除去含有漩涡的断面,齿形迷宫灌水器的断面水流流动较其它三种迷宫灌水器稳定。5)齿形迷宫灌水器的水头损失系数大于其它三种迷宫灌水器。四种型式迷宫灌水器的水头损失系数均随压力水头的增加,缓慢减小。6)从漩涡强度,漩涡消能能力以及漩涡中心速度三方面比较来看,齿形迷宫灌水器的漩涡相对于其它三种型式迷宫灌水器来说,不易造成堵塞且消能能力较好。7)总体比较来说,在四种型式迷宫灌水器的纵向流道断面面积和形状、流道长度相同的情况下,齿形迷宫灌水器的水力性能优于矩形、三角形、梯形三种型式迷宫灌水器。
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