文丘里施肥器的结构优化方法

摘要

本发明涉及一种文丘里施肥器的结构优化方法，其包括以下步骤：1)对模型文丘里施肥器运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真；2)确定文丘里施肥器需要优化的结构参数的范围；3)建立以吸肥效率为综合指标的文丘里施肥器吸肥性能评价模型；4)将需要优化的参数正交组合，利用计算流体动力学技术进行数值模拟仿真，并通过主元素分析方法确定文丘里施肥器的最佳结构参数组合：收缩段最小直径Dt1、扩散段最小直径Dt2、收缩段长度L1、扩散段长度L2、喉部长度L0、收缩段角度α、扩散段角度β；5)按照步骤4)确定的一组最佳结构参数加工成型，并进行性能测试。本发明可用于文丘里施肥器的结构参数优化设计，提高吸肥性能，还可进行吸肥效率的预测。

主权项

一种文丘里施肥器的结构优化方法，其包括以下步骤：1)选择作为模型施肥器的文丘里施肥器，根据该文丘里施肥器的十个结构参数：工作水进口直径D1、吸肥液进口直径D0、混合液出口直径D2、收缩段最小直径Dt1、扩散段最小直径Dt2、收缩段长度L1、扩散段长度L2、收缩段角度α、扩散段角度β和喉部长度L0，对该文丘里施肥器运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真；2)工作水进口直径D1、吸肥液进口直径D0和混合液出口直径D2由与该文丘里施肥器连接的管口直径确定；因此，需要优化的结构参数为：收缩段最小直径Dt1、扩散段最小直径Dt2、收缩段长度L1、扩散段长度L2、收缩段角度α、扩散段角度β和喉部长度L0；根据传统的文丘里施肥器结构优化方法确定上述七个结构参数的范围为：Dt1/D1＝0.16～0.4，Dt2/D2＝0.18～0.4，Dt2/Dt1＝1.0～1.4，α＝10°～16°，β＝4°～8°，L0/Dt1＝0.6～1.4，D0/L0＝1～3；3)以文丘里施肥器的最大吸肥效率作为考核该文丘里施肥器吸肥性能的评价指标；文丘里施肥器吸肥效率η的表达式为：η＝M×N×100％              (1) M = q Q 1 - - - ( 2 ) N = e 2 - e 3 e 1 - e 2 - - - ( 3 ) 式中：M为文丘里施肥器进口流量比值；N为文丘里施肥器总压比值；Q1为工作水的进口流量；q为吸肥流量；e1为工作水进口总压；e2为混合液出口总压；e3为吸肥口总压；根据公式(1)～(3)，利用步骤1)中的计算流体动力学技术模拟不同工况发现，吸肥效率η与文丘里施肥器进口流量比值M之间呈抛物线曲线关系，将其表示为M的一元二次方程：η＝(aM+b)×M            (4)式中，a，b为回归系数；对式(4)求导数，求出当η′＝0时的文丘里施肥器最优进口流量比值M1＝‑b/2a，将M1代入式(4)，得到相应的最大吸肥效率ηmax： η max = ( a M 1 + b ) × M 1 = - b 2 4 a - - - ( 5 ) 4)将需要优化确定的七个结构参数在步骤2)确定的参数范围内选择n组水 平，进行正交排列组合得到多个文丘里施肥器的结构方案，对得到的每一种方案利用步骤1)中的计算流体动力学技术进行多组工况的数值模拟仿真，建立吸肥效率η与进口流量比M之间的回归模型，求得最优流量比M1和最大吸肥效率值ηmax，以最大吸肥效率ηmax为参考依据，通过主元素分析方法确定对文丘里施肥器吸肥性能影响最大的关键参数以及一组最佳结构参数(Dt1、Dt2、L1、L2、L0、α、β)，以确定最优方案；5)按照步骤4)确定的一组最佳结构参数加工成型，并进行性能测试。