我國是全球水資源最為匱乏的十三個國家之一。目前我國人口增長與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展已因水資源缺乏受到了嚴(yán)重的制約。同時，我國水資源利用率較低的現(xiàn)象普遍存在，尤其在農(nóng)業(yè)用水上更加突出。為改變現(xiàn)狀，國家在十二五規(guī)劃將大面積推廣節(jié)水灌溉，發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)作為農(nóng)業(yè)投資的重點(diǎn)。滴灌作為目前行之有效的節(jié)水灌溉技術(shù)，其具有水的利用率高、灌溉均勻度好的特點(diǎn)。滴灌灌水器是滴灌系統(tǒng)的核心部分，是消能的主要部位。由于滴灌灌水器結(jié)構(gòu)精細(xì)，尺寸微小，迷宮流道內(nèi)易發(fā)生堵塞現(xiàn)象影響滴灌系統(tǒng)的灌溉均勻度，甚至導(dǎo)致滴灌系統(tǒng)的報廢。堵塞現(xiàn)象主要是從迷宮流道內(nèi)旋渦區(qū)開始的，目前對于迷宮流道內(nèi)旋渦區(qū)缺乏系統(tǒng)性的研究。 本文作為山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“滴灌迷宮灌水器中水沙兩相流研究”（2008011054）的后續(xù)研究內(nèi)容，以矩形迷宮灌水器為研究對象，通過FLUENT軟件模擬了流道內(nèi)水流流動情況，得到了速度矢量圖、速度等值線圖、壓力分布、切向速度分布圖等，通過TECPLOT軟件處理，得到了旋渦區(qū)面積、旋渦區(qū)中心點(diǎn)位置、旋渦區(qū)及主流區(qū)流速分布、旋渦區(qū)渦旋強(qiáng)度、旋渦區(qū)內(nèi)壓力分布等旋渦區(qū)內(nèi)特性指標(biāo)。并分析了流動發(fā)展與流量對于旋渦區(qū)各特性指標(biāo)的影響，并得到了如下結(jié)論： 1）矩形迷宮灌水器流道內(nèi)水流可分為速度較大的主流區(qū)，位于邊壁處的旋渦區(qū)和位于拐角處的小渦區(qū)。隨著流量的增大各區(qū)域流速均增大，流線也更加密集。流道內(nèi)小渦區(qū)的數(shù)量隨著流量的增大而逐漸減少。流道內(nèi)迎水面的小渦區(qū)要明顯比背水面的小渦區(qū)大。 2）隨著流動的發(fā)展，旋渦區(qū)面積在進(jìn)口處較大，之后基本不變。旋渦區(qū)中心位置偏移量較小，在流動方向上的偏移量相較于法線上的偏移量較大。旋渦中心位于零速區(qū)內(nèi)，表明流動的發(fā)展對于旋渦區(qū)零速區(qū)的影響較��；迷宮灌水器內(nèi)流量變化對旋渦區(qū)水流流動形態(tài)沒有影響。但隨著流量的增大，旋渦區(qū)面積也增大，同時旋渦中心點(diǎn)位置偏向灌水器壁面并向流道下游移動，且偏移量較明顯。流量的增加無法改變旋渦區(qū)中心水流流速幾乎為零的現(xiàn)象，不能從根本上消除堵塞的產(chǎn)生。 3）隨著流動的發(fā)展，旋渦區(qū)內(nèi)各點(diǎn)壓力值均減小，壓差變化趨勢也相同，即邊界到漩渦中心壓差均大于固壁到旋渦區(qū)中心壓差。旋渦區(qū)內(nèi)壓力由旋渦區(qū)邊界向中心降低速度較快，至旋渦中心降至最低；隨著流量的增大，旋渦區(qū)各壓差均增大，表明適當(dāng)增大流量可以提高矩形迷宮灌水器內(nèi)旋渦區(qū)的消能作用。且流量的增大對于旋渦區(qū)的消能作用提升較明顯。 4）泥沙顆粒在矩形迷宮灌水器進(jìn)出口段相較于中間段發(fā)生堵塞概率更高的現(xiàn)象可能由于泥沙顆粒在流道進(jìn)口時跟隨速度最大易在流道進(jìn)口處與邊界流速相同，泥沙顆粒就易在此進(jìn)入旋渦區(qū)，此處渦旋強(qiáng)度與流道內(nèi)其他旋渦區(qū)相比來說較大，但相差幅度不大即對于泥沙顆粒增加的離心力也是有限的。當(dāng)離心力不足以讓泥沙顆粒重新進(jìn)入流道，就會在旋渦區(qū)發(fā)生無休止的渦旋運(yùn)動，甚至進(jìn)入旋渦區(qū)內(nèi)的零速區(qū)，引起流道的堵塞。泥沙顆粒在流道內(nèi)隨著水流運(yùn)動時，其顆粒跟隨速度逐漸減少，經(jīng)過一定單元后其跟隨速度再次與旋渦區(qū)邊界流速達(dá)到一致，從而進(jìn)入旋渦區(qū)，而渦旋強(qiáng)度隨著流動發(fā)展而逐漸減小，渦旋運(yùn)動的減弱同時引起泥沙顆粒的離心力的減小。此時易引起流道的堵塞。 5）流量在5L/h到7L/h之間增加時對于旋渦區(qū)內(nèi)渦旋運(yùn)動提升最明顯，即對流道內(nèi)消能與抗堵塞提升最明顯，因而在矩形迷宮灌水器實(shí)際使用中應(yīng)將進(jìn)口流量保持在7L/h。 6）在流道優(yōu)化過程對旋渦區(qū)進(jìn)行去除時應(yīng)以公稱流量下流道內(nèi)的首個旋渦區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S277.9
【部分圖文】：

15圖 2-1 矩形迷宮灌水器流道面圖（尺寸單位：mm）Fig.2-1 The channel of rectangular labyrinth emitter

矩形迷宮灌水器結(jié)構(gòu)圖

矩形迷宮灌水器網(wǎng)格劃分
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866405