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滴灌是目前世界上应用最为广泛的节水灌溉技术。滴头是滴灌系统中最关键的设备,其流量和水力性能的好坏直接影响滴灌系统的使用效果。滴头的设计和加工制造是一套复杂的系统工程,需要进行大量的试验来验证设计成果。
计算流体力学(CFD)是近年来流行的一种建立在经典流体动力学和数值计算方法基础上的一门新兴学科。应用CFD软件FLUENT可以有效地模拟出滴头的流量、水力性能和水流流动机理,部分替代大量的试验验证。本文使用该软件分别计算了三种市场上已有的迷宫紊流型滴头,计算结果表明:使用标准k-ε紊流模型的计算数据在流量、流量系数、流态指数方面与实测及实测归纳数据的平均相对误差均在10%以内,在几种模型中精度最高。
在计算流体力学的基础上,本文以三种滴头中水力性能最好的2L/h杆式滴头原型,通过数值模拟正交化试验改变其结构参数齿高A、齿角B、单元长C、单元数D和流道深E,研究了不同结构参数的改变对其流量及水力性能的影响,并应用多元线性回归的方法建立了各结构参数相对于流量系数k、流态指数x以及流量Q的回归模型。为今后该类齿型迷宫流道滴头的参数化设计提供参考。
对于滴头使用中的堵塞问题,选择欧拉-拉格朗日离散相模型进行液固两相流的数值模拟运算;分析了堵塞的原因和敏感部位,并针对流道进行了抗堵塞优化改进设计。模拟结果显示:优化措施降低了滴头水力性能,而提高了滴头的抗堵塞性能。