灌溉管网中减压阀特性的数模分析与试验研究

摘要

中国水资源严重短缺，并且农业用水的比例较高，但农业灌溉水利用率比较低，发展节水灌溉技术对农业可持续发展的意义重大。在众多节水灌溉技术中，低压管道灌溉具有节水、节地等优点，因此，灌溉管网技术逐渐成为中国农业节水灌溉的关键措施。如何有效地对压力进行调控是保障管网系统安全可靠运行的关键，减压阀是管道输水系统中必不可少的调压设备，如果缺乏适用、可靠的减压阀，会导致管道爆裂、漏水、系统瘫痪等现象。因此，减压阀的研究对保障灌溉管网安全运行，提高农业灌溉水利用效率、推进高效节水灌溉农业发展具有特别重要的意义。
　　为了探求大型灌溉管网中适用性更强的减压阀型式，提出了一种新型减压阀结构设计方案，通过数模与试验相结合的方法对减压阀特性进行了研究。主要研究内容与成果如下:
　　(1)对YX741型减压阀导阀结构进行改进设计，分别阐述两种设计方案的结构组成和工作原理，通过分析比选，选择设计方案二为数值模拟和试验的研究对象。
　　(2)运用Gambit和CFX软件分别对减压阀主阀过流通道和整体结构进行数值模拟，探明阀瓣开度分别为0.8cm、1.0cm、1.2cm、1.6cm和2.4cm时，不同进口流量条件下的进出口压力差变化规律，数模结果表明:当阀瓣开度一定时，不同开度的进出口压差随进口流量的增大的趋势相近;当进口流量一定时，进出口压差随阀瓣开度的增加而减小的趋势逐渐缓慢，当阀瓣开度为1.6cm和2.4cm时，两条曲线接近重合;阀内压强随进口流速的增大明显增大，压强最大值为进口弯管底部和阀瓣下表面，阀瓣与出口连接处流速最大，水流从进口到出口流态比较稳定，水流比较平顺，在阀瓣上部流线稍有混乱，导阀内流速较小。
　　(3)探明阀瓣不同开度时，主阀阀瓣所受驱动力随不同进口流量的变化规律，结果表明:当阀瓣开度一定时，阀瓣所受驱动力随进口流量的增大而增大，但与进出口压差的变化趋势不同，随着开度的增大，驱动力增大的趋势逐渐趋于平缓，这说明阀瓣开度越小，流量变化对阀瓣所受驱动力的影响越明显。
　　(4)通过减压阀特性试验，探明主阀瓣开度在1.0cm、1.6cm和2.4cm时，进出口压差随不同进口流量的变化规律，将试验与数模结果进行对比分析，结果表明:试验数据整体上比数模结果偏大，偏差在2.8％～7.9％之间。初步验证了数模结果的正确性和方法的可行性，并为今后同类产品的开发提供了参考依据。

目录

摘要

1 绪论

1．2 国内外研究现状

1．3 研究方法与内容

2 减压阀结构设计

2．1 减压阀

2．1．1 减压阀定义

2．1．2 减压阀分类及原理

2．1．3 减压阀的选用

2．1．4 减压阀的基本性能

2．2 设计方案

2．2．1 设计方案一

2．2．2 设计方案二

2．3 方案比选

2．4 减压阀动力学基本方程

3 减压阀的三维湍流数值模拟

3．1 三维湍流数值模拟方法

3．1．2 湍流模型

3．1．3 软件介绍

3．2 主阀过流通道数值模拟

3．2．1 三维造型

3．2．2 网格剖分

3．2．3 边界条件

3．2．4 CFX计算

3．2．5 数模结果分析

3．3 减压阀整体结构数值模拟

3．3．1 三维造型

3．3．2 网格剖分

3．3．3 边界条件

3．3．4 CFX计算

3．3．5 数模结果分析

4 减压阀特性的试验研究

4．1 试验系统组成

4．2 试验程序和方法

4．3 试验结果与模拟结果对比分析

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文和授权专利目录

致谢

声明