基于流态的微灌灌水器抗堵流道的设计方法

摘要

一种基于流态的微灌灌水器抗堵流道的优化设计方法，通过对灌水器流道进行流动特性分析和数值模拟计算，分析流道中流体存在的明显的速度“死区”即流动滞止区，在这些流动滞止区域中水中的杂质就很容易沉积下来，作为生物滋长和化学沉积的载体，各种堵塞相互作用就会造成灌水器乃至微灌系统的堵塞，使微灌效率大大降低。因此基于流态的微灌灌水器抗堵流道设计优化方法，可针对流道中存在的速度“死区”结构进行优化设计，可使迷宫流道中流体基本可充盈整个流道，在流道中无明显的流动死区，因而进入灌水器中的杂质就不会沉积下来造成流道的堵塞，形成流态性能优异的抗堵灌水器。

主权项

1、基于流态的微灌灌水器抗堵流道的设计方法，其特征在于：1)构建灌水器迷宫型流道流态分析模型用Fluent流体分析软件专用的CFD前置处理器-GAMBIT进行流道几何建模和网格生成；2)网格划分和边界条件设定根据流道尺寸大小和截面形状变化情况，横截面采用矩形网格划分，轴向因弯曲变化剧烈，采用三角形网格划分；在流道拐弯连接处，网格取点密度为所划分尺寸的10％以下；在进出口段和两排迷宫的连接段，网格取点密度为所划分尺寸的25％～35％；同时采用加密边界层网格划分；边界条件设定：入口条件Velocity-inlet为入口速度，即灌水器流量为Q＝2-4L/h时的速度值V＝0.556-1.111m/s；出口条件Pressure-outlet为出口压力，即一个大气压101325Pa，表压gauge pressure为OPa。管径L取方管的当量直径De：$L=D_e=\frac{4\mathrm{ab}}{2(a+b)}=\frac{4\times 1\times 1}{2(1+1)}=1\left(\mathrm{mm}\right)$ 其中：a，b为流道横截面长和宽 流量：Q＝2L/h， 流体的雷诺数为Re＝554＜2100 Q＝4L/h，Re＝1108＜2100进口段均为层流3)迷宫型流道流体的流动模拟用FLUENT流体分析软件中的基于非结构化网格的通用CFD求解器-FLUENT基于流体分析理论进行模拟计算，模拟结果为：偏离速度主流区的弯角处都存在速度死区；4)迷宫型流道防堵结构分析及优化根据迷宫流道流体的流动模拟结果，依照流道中主流体的流线形状分布，针对存在速度死区处的流道结构去除速度死区。