雙向?qū)_流道是一種新型滴灌灌水器流道,通過流道內(nèi)形成正、反雙向水流的對沖混摻,消除多余能量,具有良好的水力性能。針對雙向?qū)_流道的特點(diǎn),采用室內(nèi)試驗(yàn)、FLUENT數(shù)值模擬、粒子圖像測速(PIV)、流體動力學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論、支持向量機(jī)、響應(yīng)面分析和遺傳算法等理論與技術(shù),研究灌水器水力性能、消能機(jī)理、流量預(yù)測和參數(shù)優(yōu)化等問題,對滴灌雙向?qū)_流灌水器研發(fā)具有重要意義。取得的主要研究成果如下:(1)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,安排25組流道幾何參數(shù)不同的試驗(yàn)方案,試驗(yàn)結(jié)果表明,流態(tài)指數(shù)為0.432～0.464,水力性能優(yōu)良;對流道幾何參數(shù)與流態(tài)指數(shù)的影響進(jìn)行極差和方差分析,結(jié)果表明,流道幾何參數(shù)Z(流道分水件與擋水件之間的最大過水通道寬度)對流態(tài)指數(shù)的影響最大。(2)構(gòu)建了宏觀流量和微觀流場相結(jié)合的雙向?qū)_流灌水器流場數(shù)值模擬綜合評價指標(biāo)體系,用來評價數(shù)值模擬與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度。依據(jù)雙向?qū)_流灌水器試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別對FLUENT軟件中物理模型和壁面函數(shù)的15種模擬組合方法進(jìn)行綜合指標(biāo)評價,其中增強(qiáng)壁面處理的SST k-ω模型更適于雙向?qū)_流灌水器的模擬計(jì)算,其綜合評價指標(biāo)值(以相對誤差表示)為1.9...

【文章頁數(shù)】：189 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外滴灌灌水器的現(xiàn)狀與進(jìn)展
        1.2.1 滴灌灌水器發(fā)展
        1.2.2 滴灌灌水器類型
        1.2.3 滴灌灌水器的水力性能研究現(xiàn)狀
        1.2.4 滴灌灌水器水力特性和消能機(jī)理研究進(jìn)展
    1.3 微觀尺度下滴灌灌水器的研究方法及進(jìn)展
        1.3.1 理論分析
        1.3.2 試驗(yàn)研究
        1.3.3 數(shù)值模擬
    1.4 智能預(yù)測和優(yōu)化算法的應(yīng)用與研究
        1.4.1 統(tǒng)計(jì)學(xué)理論及預(yù)測研究
        1.4.2 支持向量機(jī)預(yù)測算法的研究進(jìn)展及應(yīng)用
        1.4.3 優(yōu)化算法在滴灌灌水器研究中的應(yīng)用
    1.5 雙向?qū)_流道灌水器的研發(fā)背景
    1.6 選題背景及擬解決的關(guān)鍵性科學(xué)與技術(shù)問題
    1.7 研究內(nèi)容、方法與技術(shù)路線
        1.7.1 研究內(nèi)容與方法
        1.7.2 技術(shù)路線
2 雙向?qū)_流灌水器流道試驗(yàn)研究
    2.1 雙向?qū)_流灌水器流道設(shè)計(jì)
        2.1.1 灌水器設(shè)計(jì)理念
        2.1.2 灌水器流道結(jié)構(gòu)
    2.2 雙向?qū)_流灌水器工作原理
    2.3 灌水器流量和壓力試驗(yàn)
        2.3.1 灌水器流道測試與試件加工
        2.3.2 灌水器流量和壓力測試系統(tǒng)
        2.3.3 流量和壓力測試方法
    2.4 灌水器流場觀測PIV系統(tǒng)
        2.4.1 PIV系統(tǒng)
        2.4.2 流速測試介質(zhì)-示蹤粒子
        2.4.3 PIV系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
    2.5 灌水器水力特性預(yù)研試驗(yàn)
        2.5.1 灌水器流道幾何參數(shù)設(shè)計(jì)
        2.5.2 流量與水力性能計(jì)算方法
        2.5.3 水力性能分析
    2.6 灌水器流道幾何參數(shù)取值
    2.7 灌水器試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
    2.8 灌水器水力性能試驗(yàn)結(jié)果分析
    2.9 灌水器流道消能效果計(jì)算
    2.10 灌水器幾何參數(shù)對流態(tài)指數(shù)的影響
        2.10.1 極差分析
        2.10.2 方差分析
        2.10.3 試驗(yàn)結(jié)果回歸分析及模型建立
        2.10.4 流態(tài)指數(shù)公式計(jì)算
        2.10.5 回歸模型驗(yàn)證
3 雙向?qū)_流灌水器流道數(shù)值模擬方法
    3.1 數(shù)學(xué)模型建立
        3.1.1 基本控制方程
        3.1.2 S-A物理模型方程
        3.1.3 k-ε物理模型方程
        3.1.4 k-ω物理模型方程
        3.1.5 雷諾應(yīng)力物理模型(RSM)方程
    3.2 FLUENT軟件計(jì)算設(shè)置
        3.2.1 模型網(wǎng)格單元
        3.2.2 FLUENT基本模擬方法設(shè)置
    3.3 影響FLUENT數(shù)值模擬精度的主要因素
        3.3.1 壁面函數(shù)
        3.3.2 物理模型
        3.3.3 數(shù)值模擬組合
    3.4 數(shù)值模擬方法的綜合評價指標(biāo)
    3.5 灌水器流量與流速測試結(jié)果
        3.5.1 灌水器樣機(jī)
        3.5.2 灌水器宏觀流量
        3.5.3 灌水器微觀流速
    3.6 評價指標(biāo)
        3.6.1 宏觀評價指標(biāo)
        3.6.2 微觀評價指標(biāo)
        3.6.3 綜合評價指標(biāo)
    3.7 模擬組合精度綜合評價分析
4 灌水器水力特性數(shù)值模擬研究
    4.1 灌水器水力性能分析
        4.1.1 不同工作壓力區(qū)間的流態(tài)指數(shù)
        4.1.2 正反向流量比與流態(tài)指數(shù)的關(guān)系
        4.1.3 灌水器消能機(jī)理與水力性能的微觀速度場解釋
    4.2 灌水器流道壓力場及壓降分布特征
        4.2.1 灌水器流道壓力場分布
        4.2.2 灌水器流道壓降分布
5 基于支持向量機(jī)的灌水器流量預(yù)測響應(yīng)面
    5.1 支持向量機(jī)(SVM)程序數(shù)學(xué)模型構(gòu)架
        5.1.1 線性支持向量機(jī)(SVM)
        5.1.2 非線性支持向量機(jī)(SVM)
    5.2 支持向量機(jī)(SVM)流量預(yù)測模型
        5.2.1 灌水器流道幾何參數(shù)
        5.2.2 支持向量機(jī)(SVM)樣本空間
    5.3 灌水器流量預(yù)測模型樣本集
        5.3.1 訓(xùn)練樣本集構(gòu)建
        5.3.2 檢測樣本集構(gòu)建
        5.3.3 訓(xùn)練樣本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算
        5.3.4 檢測樣本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算
    5.4 預(yù)測流量的支持向量機(jī)(SVM)參數(shù)及優(yōu)化方法
        5.4.1 核函數(shù)
        5.4.2 支持向量機(jī)(SVM)的參數(shù)優(yōu)化方法
    5.5 灌水器流量預(yù)測
        5.5.1 基于窮舉法的SVM參數(shù)優(yōu)化
        5.5.2 基于遺傳算法的SVM參數(shù)優(yōu)化
        5.5.3 優(yōu)化算法結(jié)果比較
        5.5.4 SVM流量預(yù)測結(jié)果及與回歸擬合誤差對比
    5.6 灌水器流量預(yù)測模型驗(yàn)證
6 雙向?qū)_流灌水器流道參數(shù)優(yōu)化
    6.1 灌水器水力性能評價指標(biāo)—穩(wěn)流指標(biāo)建立
        6.1.1 穩(wěn)流指標(biāo)建立的依據(jù)
        6.1.2 穩(wěn)流指標(biāo)建立
    6.2 穩(wěn)流指標(biāo)的評價計(jì)算
        6.2.1 額定流量的設(shè)定
        6.2.2 穩(wěn)流指標(biāo)與流態(tài)指數(shù)對比
        6.2.3 穩(wěn)流指標(biāo)與流量變異系數(shù)對比
    6.3 基于支持向量機(jī)(SVM)的穩(wěn)流指標(biāo)響應(yīng)面
        6.3.1 穩(wěn)流指標(biāo)響應(yīng)面建立
        6.3.2 穩(wěn)流指標(biāo)響應(yīng)面分析
    6.4 流道幾何參數(shù)優(yōu)化
        6.4.1 優(yōu)化模型
        6.4.2 數(shù)據(jù)交換與優(yōu)化步驟
        6.4.3 含離散變量的遺傳算法優(yōu)化流道參數(shù)的幾點(diǎn)說明
        6.4.4 分層混合遺傳算法優(yōu)化過程
        6.4.5 遺傳算法模型求解
        6.4.6 優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證
    6.5 雙向流流道幾何參數(shù)優(yōu)化應(yīng)用
        6.5.1 不同壓力區(qū)間相同額定流量
        6.5.2 相同壓力區(qū)間不同額定流量
        6.5.3 不同壓力區(qū)間不同額定流量
7 結(jié)論與建議
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 建議
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
附圖
附表



本文編號：3934336