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1、滴头流道中颗粒物质运移动态分析与CFD模拟2007年6月农业机械第38卷第6期滴头流道中颗粒物质运移动态分析与CFD模拟闫大壮杨培岭任树梅*【摘要】采用CFD模拟技术,对迷宫式滴头流道内不同质量浓度的悬浮颗粒运动情况进行数字化模拟计算,并采用两相流动力学理论对迷宫式滴头结构尺度下的悬浮颗粒的随流性进行了分析,研究结果表明,采用DPM模型对悬浮颗粒分布特点的模拟结果与已有试验数据吻合度较高,可以作为模拟的手段;水流中颗粒质量浓度对滴头内部流场有着较强的反作用,应在模拟过程中予以重视;根据Stokes数的计算结果,1o左右的颗粒随流性差,可以认为导致滴头堵塞的物质主要
2、来自于这一部分颗粒.关键词:迷宫式滴头DPM模型堵塞机理模拟中图分类号:$275文献标识码:AStudyonDynamicAnalysisofParticleMovementinDripEmitterBasedonCFDYanDazhuangYangPeilingRenShumei(ChinaAgriculturalUniversity)AbstractI,hesimulationofthesuspendedparticlesmovementsatthedifferentconcentratlonsinthelabyrinthemitterwasapproache
3、dbyusingcomputationalfluiddynamics(CFD)technology.Theabilityofsuspendedparticlesmovementalongwithwaterinthelabyrinthemitterwasanalyzedbyusingtwo-phaseflowdynamics.TheresultsindicatedthatthesimulationresultsofsuspendedparticlesmovementbyusingDPMmodelshowedahighersimilaritycomparingwith
4、thepreviousexperiments.AndtheCFDtechnologyisagoodmethodtosimulatethemovementoftheparticleintheemitterpath;thereactionoftheparticlestotheflowintheemitterwasintenseandshouldnotbeignoredinthesimulation;accordingtotheStokesnumbercomputeresults,someparticlescouldnotkeepalongwiththewaterwel
5、l,andthoseparticlescanbeconsideredastheemitterfoulingsubstances.KeywordsLabyrinthemitter,DPMmodel,Blockagemechanism,Simulation引言滴头是滴灌系统最关键的部件之一,出水流量很小,一般单个滴头的流量只有1～8L/h,滴头出水口宽度一般只有0.5～1.2mm,虽然灌溉用水在进入滴头流道之前经过物理和化学处理,但是水中的微小杂质仍容易在滴头内聚积,最终会堵塞滴头流道,导致滴灌系统失效.滴灌中的堵塞问题的合理解决,需要全面掌握各种流道边界与流态的关系
6、,从而设计防堵塞性能更加优越的滴头流道.但是传统的测量方式不能清楚地显示滴头内部流动情况.随着计算机模拟技术的日趋成熟,滴头水力性能的数字化模拟越来越受到重视,文献[1～4]试验收稿日期:2006一o1—13*国家自然科学基金资助项目(项目编号:50379053,50609029)和中国农业大学科研启动基金资助项目(项目编号:2005065)闫大壮中国农业大学水利与土木工程学院博士生,100083北京市杨培岭中国农业大学水利与土木工程学院教授博士生导师通讯作者任树梅中国农业大学水利与土木工程学院教授农业机械结果均表明,采用CFD技术对滴头的流动特性的数字化模拟是合
7、理可行的.目前关于滴头抗堵塞性能的模拟工作主要集中于优化滴头的水力性能,增加流场的湍动效应,减少低流速区域等方式[4].研究滴头中颗粒运动状况及浓度分布的可视化描述是合理解决滴头堵塞问题另一思路.本文拟采用离散相(DPM)模型对滴头中含悬浮沙粒的水流的流动状况进行模拟,得出滴头中的速度分布以及颗粒质量浓度的分布,并对滴头结构尺度下悬浮颗粒的随流性进行分析,以期待为滴灌设备生产的进一步完善提供可靠的理论依据.1试验设计与方法1.1试验设计灌水器流道采用国内某公司生产迷宫式流道,CAD模型如图1,进口尺寸为1.0mm×0.8mm,额定流量为4L/s.本次试验采用颗粒质
8、量浓度分别
