發(fā)布時間：2020-06-10 05:32

【摘要】：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水量大和水資源短缺的現(xiàn)實(shí)決定我國必須走節(jié)水灌溉的道路。為了在灌溉管網(wǎng)設(shè)計中達(dá)到安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)輸送的目的，必須在管網(wǎng)水力計算中盡可能合理解決管道內(nèi)流體的能量損耗與流量輸送之間的矛盾。干管和支管構(gòu)成各種管道灌溉系統(tǒng)輸配水網(wǎng)，是灌溉工程的主體。灌溉管網(wǎng)干、支管常見形變件的局部阻力損失是管網(wǎng)壓力設(shè)計計算中重要內(nèi)容。正確計算各形變件的阻力損失，不僅可以防止管網(wǎng)供壓不足或爆管等問題，而且對管網(wǎng)設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理，降低工程造價具有重要意義。 本文對國內(nèi)外變徑管、彎頭的研究進(jìn)行了總結(jié)，針對變徑管、彎頭研究存在的問題和不足，采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對灌溉管網(wǎng)干、支管常見變徑管阻力特性，90°彎頭阻力特性，以及通過數(shù)值模擬對45°彎頭水力特性進(jìn)行了研究。 為了研究變徑管的水力特性，本文針對灌溉管網(wǎng)中常見PVC變徑管，利用FLUENT計算軟件，運(yùn)用RNG k-ε紊流模型，分別對不同流速條件下，管道中流體的流動進(jìn)行了數(shù)值模擬。給出了六種常見PVC變徑管件的模擬計算結(jié)果，，選取其中四組進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，與模擬結(jié)果基本吻合。利用MATLAB軟件擬合了局部阻力系數(shù)與變徑管上下游的管徑比的關(guān)系，給出了阻力系數(shù)與變徑管管徑比兩者的關(guān)系式，在一定程度上可以為工程實(shí)際的應(yīng)用提供參考。同時，對變徑管件的局部水頭損失機(jī)理進(jìn)行了探討，分析了灌溉管網(wǎng)中變徑段獨(dú)特的水流特性及能量耗散機(jī)理。 為了研究90°彎頭的水力特性，本文運(yùn)用試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對DN50和DN75兩種pvc承插式90°彎頭的流動特性進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值模擬，所得模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。結(jié)果表明：不同管徑的彎頭局部阻力系數(shù)先隨雷諾數(shù)的增大而迅速降低，在雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，局部阻力系數(shù)趨于一定值，隨雷諾數(shù)的變化很小。利用CFD中的fluent軟件，對不同管徑的承插式90°彎頭進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)模擬結(jié)果，建立了局部阻力系數(shù)與管徑的關(guān)系式。同時對比分析了承插式90°彎頭的速度場、壓力場，以及由彎頭的流線圖和速度矢量圖，得出了彎頭水頭損失的主要原因：彎頭的水頭損失主要發(fā)生在彎頭下游管段，彎頭水頭損失主要來源于因流動方向的改變及漩渦引起的能量損失。 在90°彎頭試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上，對45°彎頭進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：不同管徑的45°彎頭進(jìn)入阻力平方區(qū)后，其局部阻力系數(shù)基本集中在0.4-0.5之間。與90°彎頭相比，45°彎頭阻力規(guī)律受管徑的影響較小，其阻力特性也明顯優(yōu)于90°彎頭。
【圖文】：

圖 3-2 試驗(yàn)時安裝的壓力傳感器 圖 3-3 實(shí)驗(yàn)所用變徑管Fig.3-2 The pressure sensors of the test installation Fig.3-3 The adapter bonnet of the test3.2 數(shù)值模擬計算3.2.1 數(shù)學(xué)模型數(shù)值模擬計算模型選取 RNGk 模型，RNGk 模型在模擬計算強(qiáng)逆壓力梯度射流擴(kuò)散率以及模擬分離、回流和旋轉(zhuǎn)時有較高的精度(王福軍 2004；J.Perez-Garca, E 2006；陳江林等 2012)。RNGk 模型基本方程如下：連續(xù)性方程：動量方程：()2()''kjiuuuuupuu 0() iixu

圖 3-2 試驗(yàn)時安裝的壓力傳感器 圖 3-3 實(shí)驗(yàn)所用變徑管Fig.3-2 The pressure sensors of the test installation Fig.3-3 The adapter bonnet of the test3.2 數(shù)值模擬計算3.2.1 數(shù)學(xué)模型數(shù)值模擬計算模型選取 RNGk 模型，RNGk 模型在模擬計算強(qiáng)逆壓力梯度射流擴(kuò)散率以及模擬分離、回流和旋轉(zhuǎn)時有較高的精度(王福軍 2004；J.Perez-Garca, E 2006；陳江林等 2012)。RNGk 模型基本方程如下：連續(xù)性方程：動量方程：()2()''kjiuuuuupuu 0() iixu
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S274

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 翟國亮,董文楚,鄭亞東;微灌變徑支管優(yōu)化設(shè)計方法研究[J];節(jié)水灌溉;1997年03期

本文編號：2705851