【摘要】：分段雙向流道是一種新型滴灌灌水器,研究不同壓力區(qū)間下改進的雙向流道水力性能及穩(wěn)流機理,對分段雙向流道結(jié)構(gòu)研制與流道機理分析具有重要意義。本文綜合運用試驗分析與Fluent數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對不同結(jié)構(gòu)進行水力性能的研究,主要研究結(jié)論如下:(1)基于Fluent軟件,分別研究網(wǎng)格劃分與湍流模型選取對數(shù)值模擬計算精度的影響,對比分析3組改進的雙向流道試驗值與模擬值,應(yīng)選取0.10mm網(wǎng)格尺寸與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型:在此方法下,流道流量及流態(tài)指數(shù)模擬值與試驗值相對誤差分別為0.1 08%-1.343%,0.134%～1.730%。(2)依據(jù)L25(56)正交表,形成了25組改進的雙向流道結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方案,利用數(shù)值模擬,25組流道在0.1MPa壓力時的最小流量為1.498L/h,流態(tài)指數(shù)為0.4008～0.4984,獲得了流量較小,且水力性能良好的流道。極差分析和回歸分析表明,影響流態(tài)指數(shù)最大的參數(shù)為擋水件與上邊壁間夾角α,且影響顯著,并呈正相關(guān)關(guān)系。(3)分析不同流道結(jié)構(gòu)在不同壓力區(qū)間流態(tài)指數(shù),結(jié)果表明,25組改進的雙向流道在0.05～0.15MPa的低壓區(qū),流態(tài)指數(shù)為0.4036～0.5125,在0.15～0.25MPa的高壓區(qū),流態(tài)指數(shù)為0.3075-0.4888,流道在高壓區(qū)的水力性能較低壓區(qū)好,且高低壓區(qū)流態(tài)指數(shù)相差較大。流道穩(wěn)流機理表明,灌水器結(jié)構(gòu)不同,其壓力場分布不同,但壓力都呈分段遞減的趨勢。(4)9組分段雙向流道的計算結(jié)果表明,其流態(tài)指數(shù)在0.4081～0.4475之間,且O.IMPa壓力時的最小流量為1.663 L/h,小于2 L/h,在保持流道小流量的同時,得到較好的水力性能。分段雙向流道穩(wěn)流機理表明,壓降越大水力性能越好,當(dāng)反向水流和正向水流的流量比值在0.609～0.940之間時,其比值越大,流態(tài)指數(shù)越小。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S277.95
【圖文】：

同時得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.51~0.55 之間；李琳等針對矩形迷宮流道，進行水力性能試驗，研究該流道斷面形狀與其水力性能的關(guān)系，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.57 左右；劉淑萍等[34]針對圓弧形迷宮流道滴頭進行水力性能試驗，分析了該流道在低壓條件下流量與壓力的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對其流態(tài)指數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)流道內(nèi)水流為過渡流，其流態(tài)指數(shù)均大于 0.5；張麗娟等[35]利用 CFD（計算流體力學(xué)）數(shù)值模擬軟件，針對齒形迷宮流道滴頭進行水力性能試驗，分析并建立了流態(tài)指數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.45~0.51 之間；王新坤、李亞飛等人[36]構(gòu)建了圓柱繞流流道滴灌灌水器，并利用 CFD 數(shù)值模擬軟件對其內(nèi)部流動機理及水力性能進行研究分析，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.52 左右；李俊紅、王新坤等人[37,38]提出了一種三角繞流流道，研究了該流道內(nèi)部流動機理及流量與壓力之間的關(guān)系，并對其流道結(jié)構(gòu)單元進行優(yōu)化，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.5 左右；李云開等[39,40]基于分形理論，構(gòu)建了一種分形流道滴頭，并對該流道進行水力性能試驗，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.47~0.55 之間；Yuan Weijing 等[41]在迷宮流道研究管道轉(zhuǎn)折消能的基礎(chǔ)上，加入分流、漸擴、漸縮等加大局部損失的方式，構(gòu)建了一種分流式流道，通過對該流道的水力性能試驗，得到流道流態(tài)指數(shù)在 0.51 左右。常見的幾種滴灌灌水器流道如圖所示。

同時得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.51~0.55 之間；李琳等針對矩形迷宮流道，進行水力性能試驗，研究該流道斷面形狀與其水力性能的關(guān)系，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.57 左右；劉淑萍等[34]針對圓弧形迷宮流道滴頭進行水力性能試驗，分析了該流道在低壓條件下流量與壓力的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對其流態(tài)指數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)流道內(nèi)水流為過渡流，其流態(tài)指數(shù)均大于 0.5；張麗娟等[35]利用 CFD（計算流體力學(xué)）數(shù)值模擬軟件，針對齒形迷宮流道滴頭進行水力性能試驗，分析并建立了流態(tài)指數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.45~0.51 之間；王新坤、李亞飛等人[36]構(gòu)建了圓柱繞流流道滴灌灌水器，并利用 CFD 數(shù)值模擬軟件對其內(nèi)部流動機理及水力性能進行研究分析，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.52 左右；李俊紅、王新坤等人[37,38]提出了一種三角繞流流道，研究了該流道內(nèi)部流動機理及流量與壓力之間的關(guān)系，并對其流道結(jié)構(gòu)單元進行優(yōu)化，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.5 左右；李云開等[39,40]基于分形理論，構(gòu)建了一種分形流道滴頭，并對該流道進行水力性能試驗，得到流道的流態(tài)指數(shù)在 0.47~0.55 之間；Yuan Weijing 等[41]在迷宮流道研究管道轉(zhuǎn)折消能的基礎(chǔ)上，加入分流、漸擴、漸縮等加大局部損失的方式，構(gòu)建了一種分流式流道，通過對該流道的水力性能試驗，得到流道流態(tài)指數(shù)在 0.51 左右。常見的幾種滴灌灌水器流道如圖所示。

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文能，以及流態(tài)指數(shù)與不同結(jié)構(gòu)參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系，獲得影響流道水力性能的主要參數(shù)；時，分析不同壓力區(qū)間流道的水力性能，根據(jù)流道壓力場、壓降和速度場的分布，研究向水流與正向水流流量比值同水力性能的關(guān)系，分析改進的雙向流道穩(wěn)流機理。（3）根據(jù)改進的雙向流道高壓區(qū)與低壓區(qū)水力性能的不同，對其進行分段設(shè)計研通過 3 組分段雙向流道的水力試驗，驗證數(shù)值模擬方法對該流道的可靠性，進一步運Fluent 數(shù)值模擬方法，分析 9 組分段雙向流道的水力性能，根據(jù)壓力場、壓降和速度場分布，研究流道的穩(wěn)流機理，為滴灌灌水器流道的研發(fā)提供理論指導(dǎo)。1.3.2 技術(shù)路線根據(jù)本文研究內(nèi)容與相關(guān)方法，技術(shù)路線的制定如圖 1-6 所示。

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