单个滴头的水力性能与模拟研究

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1、http://www.paper.edu.cn单个滴头的水力性能与模拟研究徐徐，方部玲，叶素飞，齐松涛河海大学农业工程学院，南京(210098)E-mail：ququ.309@163.com摘要：本文针对3种单个滴头水力性能进行研究，利用基于有限体积法的FLUENT软件提供的层流模型和3种紊流模型分别进行了模拟计算，对计算结果与实测数据进行了比较，并分析了造成误差的可能原因。关键词：滴头；紊流模型；模拟0引言滴头是滴灌系统最关键的部位之一，占滴灌系统成本的25%-35%。其作用是使有压水流通过其内部狭

2、长流道结构或微孔充分消能，以稳定、均匀的低流量滴入土壤。滴头的流道结构对其水力性能、灌溉系统的均匀性、抗堵塞能力和寿命有很大影响。迷宫式滴头是目前使用最为广泛的一种滴头，具有目前最优越的水力性能。其主要原理就是流道复杂的边界使其中的水流紊乱，充分消耗其中的水流压力能，从而降低流态指数x。迷宫型滴头流道截面尺寸很小（1.0mm以下），流道结构较为复杂，难以采用传统流场测量方法对其中流体流动进行观测。近年来国内许多研究人员采用计算流体力学分析软件FEMLAB、ANSYS、FLUENT等进行迷宫流道的数值分

3、析与模拟，取得了很大成果：中国[1]农业大学的李永欣等用FLUENT对迷宫式滴头内部不同点对应压力进行了模拟，并与放[2]大模型进行比较，得出模拟值与实验测试值较为接近的结论。华中科技大学魏青松等利用ANSYS进行了新型灌水器快速开发的数字试验研究，以数字模拟试验部分取代实物试验，[3]大大缩短了研制周期，降低了开发成本。中国农业大学王文娥、王福军等研究了FLUENT的网格划分、边界条件及流动模型等参数的选取对于模拟结果的影响，完善了FLUENT应用于迷宫流道的理论体系。本文应用基于CFD软件FLUE

4、NT选择各种不同模型对三种滴头进行了数值模拟，并与试验进行了对比研究。1滴头水力性能试验1.1试验方法滴头的水力性能由下式表示：xqkH=式中:q为流量(L/h);k为流量系数;H为工作压力(kPa);x为流态指数。试验在河海大学农业工程学院实验室中完成，水源为200目过滤处理后的自来水，试验装置为自行设计的滴灌测试系统。试验设备有200目网式过滤器、0.4级精密压力表、调压阀、并列安装的5条滴灌带、25只滴头、电子秒表一只、50-1000量杯等。[4]滴头的水力性能测试参考滴头测试技术规范(SL/T

5、67.1~3-94)进行。每种滴头测定不同压力下25个滴头样品的出水流量,试验时间为10min,试验重复三次,两次所测水量之差不得大于2%,取平均值并计算流量(L/h)。然后按流量由小到大排列编号,取3、12、13、23号4个滴头为试样,试验压力从10kPa到100kPa（额定工作压力50kPa）,由小到大均匀分布至少10个压力点,为10kPa、20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa、70kPa、80kPa、90kPa、100kPa分别测量每一压力点三个滴头试样的出水量,试验时间同

6、样为10min,记录出水量,重-1-http://www.paper.edu.cn复试验计算三次测得的三个滴头在不同压力下的平均流量,进而可以得到各种滴头的压力—流量关系曲线。试验完后滴头流道结构参数采用工具显微镜测量，其测量精度为±0.001mm。1.2水力性能试验结果表1水力性能实验表压力(KPa)1020304050607080901002L/H杆式0.690.931.141.281.411.571.691.791.91.983L/h杆式0.981.311.591.832.042.232.412

7、.582.732.9余姚可清洗1.241.662.062.42.83.083.413.693.994.23滴头实测水力性能（用Excel软件进行回归分析）：0.46272L/h杆式：q=0.235H2R=0.99910.47473L/h杆式：q=0.3208H2R=0.99960.5465余姚可清洗：q=0.3327H2R=0.9942滴头的FLUENT模拟2.1流道物理模型图1~3为2L/h杆式滴头、3L/h杆式滴头和4L/h余姚可清洗滴头三种迷宫滴头流道结构三维图。2L/h杆式滴头、3L/h杆式滴

8、头两种滴头均为直线型迷宫长流道滴头，其中2L/h杆式滴头流道基本单元为齿型，3L/h杆式滴头流道基本单元为上弧下齿型，余姚可清洗滴头流道基本单元比较复杂，为圆柱状迷宫型流道滴头。其迷宫流道排列在圆柱表面上，由较多的直角转折和少量齿型流道组成。利用CAD和Pro-E分别建立2L/h杆式滴头、3L/h杆式滴头和4L/h余姚可清洗滴头三种迷宫滴头流道几何模型。图12L/h杆式滴头流道结构三维图-2-http://www.paper.edu.cn图23L/h杆式