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滴头流道CFD分析的研究进展与问题

0引言滴头是滴灌系统重要的构成部件,其水力性能对系统的设计和运行有很大影响。通过国内外专家的深入研究,目前,滴头的水力和结构性能已有了很大提高[1]。但是,由于滴头流道尺寸小、结构复杂,目前的流动测量技术很难进行内部流场观测,因此,对滴头内部流场与滴头的工作性能之间的关系,还缺乏深入的认识和把握。近年来,计算流体动力学(CFD)发展迅速,它通过数值模拟的方式,可以计算得到流体在三维区域内、复杂边界条件下的速度场、压力场,以及流道内的水力损失、压力脉动、湍流度等信息[2]。目前,CFD已经成功应用于许多水利设备的设计和改进[2],在滴灌领域中的应用也在逐渐增多[3],已成为深入研究滴头性能的一种新手段。但是,CFD正处在快速发展过程之中,CFD在滴头理论分析、模型建立及参数选取等方面的研究刚刚起步,还存在很多问题,因此,有必要对滴头内部流场CFD的研究进行深入全面的总结和分析。1滴头内部流场的研究方法我国目前使用的滴头,主要有收缩...  (本文共5页) 阅读全文>>

中国农业大学
中国农业大学

滴头分形流道设计及其流动特性的试验研究与数值模拟

滴头是滴灌系统最关键的部件之一,我国设计主要是以引进和仿制为主,国内还没有一种具有自主知识产权而水力性能和抗堵塞性能俱佳的滴头,究其原因主要是缺乏流道设计理论指导。本文就是利用分形几何理论构造滴头流道,并将数字式粒子图像测速技术(DPIV)、平面激光诱导技术(PLIF)、计算流体动力学(CFD)理论应用于流道研发中,形成了滴头分形流道设计理论和平台,主要的研究内容与成果包括:建立了基于CAD-CFD联合运用、滴头平面模型的滴头分形流道技术开发平台,提出了基于AutoCAD技术和读数显微镜联合应用的滴头流道几何参数测试方法。基于分形几何构造复杂分形体的能力以及紊流本质的分形特征,创造性地利用Koch、Minkowski曲线为中心线或边界线构建了能够满足滴头制造的分形流道,实现了滴头流道的全紊流设计。经通径分析发现分形流道流量系数主要与流道横截面面积、流道长度有关;流道几何参数对流态指数影响微小,可以忽略不计,流态指数主要与流道结构...  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
北京化工大学

压力补偿滴头流道流场的数值模拟与补偿元件分析

滴灌是目前农业节水灌溉中效率最高的灌溉方式。滴头是滴灌系统中最关键的设备,其性能的优劣直接决定灌溉质量和滴灌工程的造价。因此,对滴头水力性能研究有着极为重要的意义。压力补偿滴头具有出水流量不受压力变化影响、抗堵性较好、具有自冲洗功能等优点,已成为世界各国研发的热点。本文建立了压力补偿滴头流道模拟的CFD模型,采用ANSYS商业软件进行流固耦合分析计算,并结合传统滴头水力性能实测结果,对CFD数值模拟进行验证。结果表明,利用CFD数值模拟方法代替传统滴头水力性能试验,并对压力补偿滴头内部流场进行数值模拟,模拟流量多数大于实测流量,偏差在10%以内。通过流场压力、速度分布,使流场中的复杂流动“可视化”,减少了实物实验的次数,可以实现了滴灌滴头低成本、高效率开发。采用CFD模拟计算的方法得到了压力补偿滴头的水力性能数据。对影响CFD模拟精度的网格单元尺寸、计算物理模型和求解处理方法三个主要因素进行了正交实验,分析了各因素对模拟精度的影...  (本文共87页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北农林科技大学
西北农林科技大学

滴灌灌水器水力特性及抗堵塞研究

迷宫流道结构灌水器的抗堵塞性能与水力性能主要受流道结构参数与固体颗粒特性的影响。本文以齿形流道、梯形流道为主要研究对象,以流道转角、流道高,流道宽、偏差量及梯形流道上底宽为主要结构参数,首先应用CFD单相流数值模拟技术对不同结构参数灌水器流道水力性能进行模拟,分析了不同结构参数对流态指数和流量系数的影响,其次,应用CFD两相流(含沙量为1%)数值模拟技术分析了结构参数对含沙量分布规律和抗堵塞性能的影响,然后,应用PIV可视化测试方法测试了固体颗粒在流道内运行轨迹及速度,分析了影响固体颗粒运动特性及流道内流体流态的基本因素,最后,对上述流道结构形式通过模具加工及滴灌带试制,进行了标准化测试(GB/T 17187-1997农业灌溉设备滴头技术规范和试验方法与ISO标准ISO /TC23 /SC18 /WG5N4短周期堵塞测试程序),测试结果验证了CFD模拟结果,并提出了迷宫结构流道灌水器的抗堵塞设计方法。通过上述研究,本文取得了以下...  (本文共141页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北农林科技大学
西北农林科技大学

齿形迷宫流道结构滴头的设计方法

滴头是滴灌系统的核心部件,在我国滴头自主研发设计水平落后的背景下,本文主要进行了适宜齿形迷宫流道结构滴头的模型选取、滴头各参数与水力性能的关系、齿形迷宫流道结构滴头的设计三部分研究,提出了一种符合大、中、小三种滴头流量的设计方案。首先,运用计算流体力学CFD软件,对三种不同结构的齿形迷宫流道滴头进行数值模拟,具体需要对Fluent所提供的各种湍流模型、网格划分类型及大小、控制精度进行选择与比较,对模拟值与实测值得偏差大小进行对比,选取最接近实测值的模型方案。同时,在水力性能试验中进一步验证了上述数值模拟方案在滴头模拟研究中的可行性;根据滴头水力性能的试验结果,探究了单因素结构参数与组合结构参数对滴头水力性能的影响,分别从流量、流量系数、流态指数三方面进行了分析,并建立了相应的多元线性回归方程。最终,依据第二部分的显著性分析结果以及线性方程建立了滴头设计的合理流程。主要结论如下:(1)Fluent软件中不同的湍流模型适宜不同的流体...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

《华东理工大学学报(自然科学版)》2006年04期
华东理工大学学报(自然科学版)

应用CFD消除气流脉动

用来降低往复压缩机管路内气流脉动的消减装置最常见的有2种:一种叫缓冲器,它是一个空心容器,占用的空间比较大,且由于腐蚀、材料老化等原因需要经常进行强度检测,设备维护等。另一种为气流脉动衰减器[1],或称声学滤波器,它是根据声学原理设计的,而且要针对不同的脉动特征辅以实验设计而成,结构比较精密,长期积累的污垢必须及时清洗,所以很难大规模地推广应用。在对超细旋液粉碎器工作腔内的流动情况进行实验研究时发现,当旋流器中出口半径(r)与高速气流入口半径(R)之比小于0.3时,流体沿圆周方向作很高的切向旋转运动,并沿轴向朝出口方向运动,径向运动不大[2],在旋液器出口能获得稳定的液流。本文认为旋流对于可压缩性的介质也应该具有较好的稳流效果。设计一个装置让高速脉动的气流通过,利用高速气流在装置内的强旋转运动,在旋液器内沿水平方向的截面可以看成有很多等压面且沿半径逐渐变化。当脉动气流穿过这些等压面的时候,经过了许多连续的稳压过程,从而能在出口处...  (本文共4页) 阅读全文>>

《哈尔滨工程大学学报》2006年03期
哈尔滨工程大学学报

CFD技术在三体船阻力性能研究中的应用

作为一种较新的船型,三体船有其自身优点,如良好的横稳性、耐波性、兴波阻力特性,对应单位排水体积的甲板面积大,机舱布置方便及较好的生存能力等.这些特点使得三体船成为近年来高性能船舶研究的热点之一.同时,三体船作为一种尚未发展成熟的船型,它的研究和应用还面临着许多难点[1-2].研究方法也是以势流理论、模型试验为主.在CFD技术得到迅速发展的大背景下,文中将这一先进技术应用于三体船的阻力性能研究之中.与试验结果相比较,使用CFD技术得到的模拟结果是可信的.表明CFD技术适用于三体高性能船舶水动力性能研究,并可以在船舶性能研究中起到较重要作用.通过比较也发现计算结果和模型试验结果之间存在偏差,为此提出了下一步的工作内容.1控制方程和湍流模型文中模拟2种不同构型的三体船模型在静水中以定常速度U0作匀速直线运动时船体周围的粘性流场.根据相对运动原理,可视作船体模型静止,而水以速度-U0从远方相对于船体模型匀速流动.假定流体是不可压的,则流...  (本文共5页) 阅读全文>>