基于Fluent的差压吸入式施肥器仿真研究

摘要

喷灌是目前最常用的高效灌溉技术,采用高效灌溉技术可以有效减少农业用水的浪费现象。差压吸入式施肥器(又称文丘里式)作为操作简单、运行成本低的喷灌系统施肥部件,随着喷灌技术在我国的全面推广,其节肥增产的效用也已被普遍认可接受。但国内差压吸入式施肥器的研究和生产发展较为缓慢,尚存在着许多的问题亟待解决,因此对差压吸入式施肥器的性能进行研究,可为其工程应用技术研究提供理论基础,对推动整个节水灌溉工程的发展具有不可或缺的作用。
　　 本文在其他研究者实体模型试验基础上,采用计算流体力学软件Fluent建立一套针对差压吸入式施肥器的仿真模拟计算方法,并用流体力学理论和实体模型试验结果对该计算方法进行验证。随后,使用此方法建立多个差压吸入式施肥器的有限元模型,对其结构参数与施肥性能的关系进行模拟计算,对文丘里管三个代表性参数(即收缩角α、扩大角β和喉管直径d1)与施肥性能进行仿真研究,并采用数值分析的方法对计算结果进行进一步的分析,推导出了施肥器参数与施肥性能的关系。
　　 模拟计算和数值分析结果显示:第一,文丘里喉管压力与前后压差成线性关系,而差压吸入式施肥器的施肥性能直接与喉管压力相关,则可知进出口的压力差是影响施肥性能的最重要的外部条件之一:第二,改变结构参数时,总流量与吸肥量都产生变化,且变化趋势相同,但吸肥量变化幅度大,说明结构参数改变施肥浓度也改变;第三,收缩角α、扩大角β和喉管直径d1等三个结构参数对吸肥量和施肥浓度的影响都是显著的,吸肥量和浓度与α和d1成正比关系,与β成反比关系,其中,喉管直径d1对差压吸入式施肥器性能的影响最大,而收缩角α的影响最小。第四,施肥器的施肥浓度与三个参数的定性关系可以用y=0.113+0.0788αa-0.248β+0.0106d1来表示。在进口压力为16kPa时,收缩角α的最佳取值范围是23°～29°;扩大角β最佳取值范围是7°～11°;d1的最佳取值范围是5≤d1≤0.6d。