压力补偿灌水器分步式计算流体动力学设计方法.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报862012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28N0．11Jun．2012压力补偿灌水器分步式计算流体动力学设计方法王立朋，魏正英※，邓涛，唐一平(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710049)摘要：为提高压力补偿灌水器的设计和研发效率，该文采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics．CFD)分析方法，结合有限元分析技术，提m一种压力补偿灌水器的分步式CFD设计方法，研制r圆柱式压力补偿灌水器，并进行了灌水器流量预测，

2、得到其设汁压力一流量曲线。利用光同化快速成犁技术，快速制作H{压力补偿灌水器试验件，进行了水力性能试验，得到了灌水器试验压力．流量曲线，发现通过分步式CFD计算得到的预测压力一流量曲线，与水力性能试验得到的试验压力．流苗曲线在压力补偿灌水器的有效工作压力区

3、’日J内吻合度良好，验证了分步式CFD设计方法。在此基础上研究了压力补偿灌水器补偿区结构对其压力补偿性能的影响，发现补偿区高度对灌水器补偿性能影响显著，可以通过改变补偿区高度来设计小I叫补偿性能的灌水器。该研究对指导压力补偿灌水器的设计和开发具有一定的意义。关键词：灌溉，计算流体力学，压力，灌水器，水力性能试验，压力．流量曲线，压力

4、补偿doi：10．39690．issn．1002—6819．2012，11．015中图分类号：$275．6文献标志码：A文章编号：10026819(2012)一1l一0086—07王立朋，魏正英．邓涛，等．压力补偿灌水器分步式计算流体动力学设计方法[J】．农业工程学报，2012，28(11)：86—92．WangLipeng，WeiZhengying，DengTao，eta1．Step·by-stepCFDdesignmethodofpressurecompensatingemitt盯【J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEn

5、gineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(11)：86—92．(inChinesewithEnglishabstract)0引言灌水器是影响滴灌系统性能的核心部件之一，根据其工作性能町以将其分为非居力补偿式(nonpressurecompensating，NPC)和压力补偿式(pressurecompensating，PC)灌水器

6、141。压力补偿式灌水器在一定工作压力范围内可以保持出口流量稳定，使滴灌系统的灌水均匀度得到有效保证，因此在实际应用中表现出极人优越性。目前，计算流体动力学(CFD)已被广泛应用于灌水器的设计当中。Palau—Salv

7、ador等【51、魏萨英等[L61、李云开等【71、魏青松等1引、张俊等‘91、喻黎明等【10】、金文等IIll学者，通过CFD技术对多种不同结构形式的迷宫流道内部流场及两相流场进行数值仿真以探索迷寅流道结构与灌水器水力性能及抗堵性能之间的关系。并通过粒子成像测速(particleimagevelocimetry，Micro—PIV)可视化试验观测了迷宫流道内部流场及颗粒运动状态．验证了CFD计算结果。但压力补偿灌水器是三件式组装结构，其内部水流的流动状态非常复杂，流场内部存在固体元件与水流的相互作用，且同体元件为软材料，在水收稿日期：20II．11．2I修订日期：2012-05．21

8、基金项日：国家自然科学基台项目(50975227)：夸国博士学伉论文作者专项项目(FANEDD200740)；科技人员服务企qk项目(2009GJG41039)作者简介：王市朋(1985--)，男，_}【】J北右家庄．主耍从事滴灌灌水器CFD设计及快速开发技术研究。西安，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实鸵窀，710049。Email：lpwan98511商163．c．Jom※通信作者：魏正英(1967一)，女，教授．博上乍导师，西安，主要从事微纳结构的快速设计制造及其可视化研究。两安，西安交通大学机械制造系统j：程国家重点实验室，710049。Email：zywei@mail．x

9、jtu．edu．c11流的作用下存在很大变形(最大变形量约为膜片厚度的2倍)，数值计算很雄有效进行。因此，压力补偿灌水器的研制仍是以传统灌水器开发技术为主，普遍存在开发周期长、费用高，设计盲目性大、效率低、产品性能差等问题。对此，本文提出了分步式CFD设计方法，以CFD数值计算预测灌水器压力．流量关系、探索其水力性能，以期实现一条以流体计算、CAD(computeraideddesign)设计为基础，快速成型技术和水力性能试验为依托，精确水力性