基于FLUENT的滴灌阀的结构设计和流场分析

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1、２０１６年１月机床与液压Ｊａｎ?２０１６第４４卷第２期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４４Ｎｏ?２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１６?０２?０２３基于ＦＬＵＥＮＴ的滴灌阀的结构设计和流场分析常敏，熊瑞平，张敏行（四川大学制造科学与工程学院，四川成都６１００６５）摘要：提出一种滴灌阀结构，详细分析其工作原理。计算了理论开启压力，建立其三维模型，并运用ＦＬＵＥＮＴ完成了流场仿真分析，得到了滴灌阀流道的压力分布云图和速度分布云图。仿真结果表明：滴灌阀结构合理，满足设计性能指标要

2、求。关键词：滴灌阀；开启压力；ＦＬＵＥＮＴ仿真；流场分析中图分类号：ＴＨ１３７?５２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－０７６－３ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＦｌｏｗＦｉｅｌｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＤｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅＢａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴＣＨＡＮＧＭｉｎ，ＸＩＯＮＧＲｕｉｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｘｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ

3、ｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｄｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅ，ｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｏｐｅｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｄｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＴｈｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｔｏｉｔｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｗｉｔｈＦＬＵＥＮＴａｆｔｅｒｉｔｓ３Ｄｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｓｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏ

4、ｆｔｈｅｄｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅ’ｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｅｒｅｇｏｔｔｅｎ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｉｔｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｒｉｐ⁃ｖａｌｖｅ；Ｏｐｅｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＦＬＵＥＮＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ滴灌技术作为一种节水灌溉，自从以色列斯迈耐用柔性隔膜和导向阀芯；阀门关闭辅助弹簧为高等哈·博拉斯父子发明以来，经历了很长的

5、发展。是一级不锈钢弹簧，有助于扩大阀门工作范围，确保阀门种适合发展中国家的滴灌技术，印度和中国先后引进可低压开启，关闭时密封性良好。［１］了这一先进技术。然而，滴灌系统对管网及灌水设备的水力性能要求较高，由于系统管网的水头损失及地形的变化使得压力变化较大，造成支管进口端有效［２］工作水头差别较大。同时，滴灌系统所处的工作环境恶劣，会有少量泥沙混入，致使阀口堵塞，滴灌阀不能正常开启，影响灌溉的效果。目前ＣＦＤ技术被广泛应用于阀体的结构设计以及优化当中，通过对优化前后流场仿真分析结果的比较，得到更优的结［３－８］构。提出一种可

6、低压开启的滴灌阀的结构设计，通过理论计算开启压力，建立三维模型，运用ＣＦＤ技术图１滴灌阀结构图流场仿真分析验证设计的合理性。１滴灌阀的结构设计１?２性能指标要求１?１滴灌阀的组成及材料压力等级：１ＭＰａ；５滴灌阀主要由阀盖１、阀门关闭辅助弹簧２、阀工作压力范围：（０?４～１０）×１０ＭＰａ；芯组件３、Ｙ型阀体４、先导阀５组成，如图１所示。公称直径：６０ｍｍ；阀体、阀盖和阀芯均采用玻璃纤维增强尼龙制滴灌带滴口流量：２～４Ｌ／ｈ。成，可适用于要求严苛的应用场合，抗腐蚀性强，防１?３滴灌阀的工作原理止气蚀。为了实现超大过流量，减

7、少阀门水头损失，滴灌阀的开启与闭合由先导阀来控制。先导阀分阀体采用全通径阀座设计，流道无阻隔，无任何在线别与滴灌阀的入口腔和控制腔相连，如图１所示。通式支撑肋或支撑罩，无阀轴；阀门具有组合整体式超过先导阀完成压力的输出以及卸荷，实现阀门的开启收稿日期：２０１４－１１－２７作者简介：常敏（１９９２—），女，硕士研究生，研究方向为机电液控制。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｒｅａｍｍｉｎ０１２０＠１６３?ｃｏｍ。第２期常敏等：基于ＦＬＵＥＮＴ的滴灌阀的结构设计和流场分析·７７·与闭合。系统压力通过内部限流装置进入先导阀，性，阀门关闭辅助弹簧有

8、一定的预紧力和刚度，一般在先导阀关闭的情况下，它输出压力，压力累积于控情况下，弹簧自由高度与安装高度之差在７～１２ｍｍ制腔内，控制腔压力增大，阀门关闭。当先导阀开启内为宜，取预压缩量为１０ｍｍ。当先导阀开启时，阀时，它与外界大气相通，先导阀卸荷，排出控制腔的门控制腔内的水通过限流装置排出，当入口腔的压力