發(fā)布時(shí)間：2020-08-02 04:10

【摘要】：噴灌目前作為世界上最為先進(jìn)的節(jié)水方式之一,廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉,園林噴灌等方面。搖臂式噴頭是噴灌系統(tǒng)中的主要設(shè)備,對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)和噴頭外部圓射流的初級(jí)碎裂過(guò)程進(jìn)行研究具有重要意義。本文為探尋搖臂式噴頭圓射流的初級(jí)碎裂機(jī)理,通過(guò)CFD數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法,獲得主要結(jié)果如下:(1)通過(guò)對(duì)噴頭主噴嘴內(nèi)部流動(dòng)模擬可知,隨噴嘴錐角?增加,噴嘴內(nèi)流動(dòng)的速度分布梯度增大,噴嘴出口平均速度減小。長(zhǎng)徑比對(duì)噴嘴軸向速度影響不大,長(zhǎng)徑比取1~2時(shí),噴嘴出口的速度較大。為了使主噴嘴出口獲得大的射流動(dòng)能,對(duì)噴灌用搖臂式噴頭的圓柱形噴嘴結(jié)構(gòu)采用?=30~45°錐角,噴嘴長(zhǎng)徑比l1/d=1~2為宜。(2)基于VOF多相流模型理論,在低壓(200~600kPa)條件下,使用幾何重建(Geo-Reconstruct)方法進(jìn)行界面跟蹤和瞬態(tài)PISO數(shù)值方法求解控制方程。通過(guò)Fluent數(shù)值模擬,獲得了搖臂式噴頭圓射流初級(jí)碎裂的分布云圖,測(cè)量了射流的碎裂長(zhǎng)度和初級(jí)碎裂液滴直徑。分析可知,射流碎裂長(zhǎng)度和初級(jí)碎裂液滴直徑隨入口壓力和噴嘴直徑的變化呈一次線性的分布規(guī)律。(3)通過(guò)對(duì)圓射流初級(jí)碎裂過(guò)程模擬,水流由噴嘴高速噴出后形成液柱,液柱長(zhǎng)度逐漸增加,其前段射流面積開(kāi)始增大有膨脹趨勢(shì),并形成蘑菇狀,在氣液交界層產(chǎn)生劇烈摩擦,射流邊界形成氣液兩相區(qū)域。在射流的形成過(guò)程中,會(huì)從蘑菇狀邊沿區(qū)域處產(chǎn)生并剝離大顆液滴,液滴向后方無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)并繼續(xù)被撕裂成更小的液滴。(4)射流碎裂長(zhǎng)度的模擬值大于試驗(yàn)測(cè)量值,模擬值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差最大為16.24%,最小為3.50%,模擬值與實(shí)測(cè)值之間的平均誤差為10.78%。射流初級(jí)碎裂液滴直徑的模擬值大于實(shí)測(cè)值,模擬值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差最大為29.03%,最小為21.48%,模擬值與實(shí)測(cè)值之間的平均誤差為24.39%。產(chǎn)生誤差的原因在于測(cè)量精度、網(wǎng)格劃分等多方面。(5)在低壓條件下(200~600kPa),韋伯?dāng)?shù)We是衡量圓射流初級(jí)碎裂的指標(biāo),隨著韋伯?dāng)?shù)We增大,射流碎裂長(zhǎng)度Ls增大,但增大趨勢(shì)逐漸變緩。對(duì)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,建立了無(wú)量綱數(shù)Ls/d與韋伯?dāng)?shù)We的關(guān)系式(Ls/d=15.62lnWe 11.22,R2=0.917)�？捎盟鼇�(lái)表征低壓條件(200~600kPa)大直徑噴嘴(d5mm)噴頭的射流碎裂長(zhǎng)度Ls受韋伯?dāng)?shù)We影響的規(guī)律。(6)對(duì)射流初級(jí)碎裂液滴直徑Ds與噴嘴直徑d(d5mm)的關(guān)系進(jìn)行擬合,通過(guò)數(shù)值模擬建立了初級(jí)碎裂液滴直徑的預(yù)測(cè)模型為Ds=1.634d,(R2=0.912)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,擬合關(guān)系式與試驗(yàn)測(cè)量的相對(duì)誤差大小為23.92%,可用此模型來(lái)預(yù)測(cè)低壓條件下?lián)u臂式噴頭大直徑噴嘴的初級(jí)碎裂液滴直徑。本文通過(guò)研究,初步獲得以上研究結(jié)果,可為低壓條件(200kPa~600kPa)下的大直徑(d5mm)噴頭射流碎裂長(zhǎng)度和初級(jí)碎裂液滴直徑預(yù)測(cè)提供了一定的參考依據(jù),并為噴頭的外流場(chǎng)數(shù)值模擬提供指導(dǎo),為深入研究搖臂式噴頭的水射流分散和提高噴灌噴灑均勻性具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S277.9

【參考文獻(xiàn)】

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1 李百鳳;馮浩;吳普特;;作物非充分灌溉適宜土壤水分下限指標(biāo)研究進(jìn)展[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2007年03期

2 王啟武;;高壓噴嘴的流場(chǎng)仿真分析[J];鋼鐵研究;2009年04期

3 金宏智,李光永;國(guó)外節(jié)水灌溉技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)——美國(guó)第24屆國(guó)際灌溉展覽會(huì)觀感[J];節(jié)水灌溉;2004年03期

4 閻存立;;加強(qiáng)灌區(qū)節(jié)水改造,保障國(guó)家糧食安全[J];節(jié)水灌溉;2010年11期

5 雷明;;中國(guó)綠色核算及經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略選擇[J];科學(xué)社會(huì)主義;2006年05期

6 劉露露;盛永林;童李;;基于Fluent自進(jìn)式旋轉(zhuǎn)射流噴頭的數(shù)值模擬[J];煤礦機(jī)電;2010年05期

7 楊新樂(lè);張永利;陳偉雄;;固液兩相射流噴嘴外沖擊流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J];煤礦機(jī)械;2008年08期

8 史紹熙，郗大光，秦建榮，劉寧，舒國(guó)才;液體射流的非軸對(duì)稱破碎[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);1996年03期

9 曹建明;噴霧學(xué)研究的國(guó)際進(jìn)展[J];長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

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本文編號(hào)：2778144