迷宫流道局部水头损失计算

摘要

截止目前，滴灌技术是世界上公认的最为节水高效的灌溉技术。自滴灌技术诞生以来，经过70多年的发展和改进，滴灌技术已经日臻成熟。随着我国农业现代化进程的不断加快，水资源短缺形势的不断加剧，针对滴灌技术进行的开发与研究显得尤为重要。
　　灌水器是整个滴灌系统中最为关键的部件，而迷宫灌水器以其水力性能相对较好、结构型式相对简单、制造过程相对简便、成本相对低廉，同时又具有一定的压力补偿性等诸多优点广泛应用于各类滴灌系统，成为众多灌水器种类中比较有代表性的，也是最有发展潜力的一种。但我国自1974年从墨西哥引进第一套滴灌系统以来，灌水器的开发与研制主要是依靠引进和仿制。从2001年开始，有学者将快速成型技术引入到灌水器的开发与研制，从而使灌水器的研发周期缩短了2/3以上。若能像普通管道设计计算一样，在迷宫灌水器的设计阶段即可计算出迷宫流道内水流的水头损失，预计可使迷宫灌水器的开发周期进一步缩短。为达此目的，需要构造迷宫流道内水流水头损失与迷宫流道结构参数之间的计算公式。
　　迷宫流道内水流的总水头损失可通过测量流道进出口压力差得到，但其沿程水头损失或局部水头损失却由于迷宫流道结构本身的特点难以像一般管道一样直接套用宏观水力学理论进行测算。本文正是以此为出发点，通过物理模型试验的方法，对梯形（齿角度为30°、45°、60°）、齿形（齿角度为30°、45°、60°）、三角形（齿角度为30°）、矩形（齿尖参差为0、1倍、4倍流道宽度）共计10种型式的迷宫流道及其中水流的水头损失进行了试验研究，分析了迷宫流道内水流的水头损失与流道结构参数之间的关系，构造了迷宫流道中水流水头损失的计算公式，并以某灌区滴灌系统为例对本文中所构造的迷宫流道各结构参数的函数关系式和水头损失计算公式进行了应用和分析。
　　本文主要得出以下结论：
　　（1）梯形、齿形、三角形、矩形迷宫流道均可以梯形迷宫流道为基础流道型式通过改变结构参数变换得到。
　　（2）迷宫流道基本结构控制参数主要包括7个：迷宫单元数N、流道深度D、流道宽度w、齿尖参差J、齿角度θ、齿高h、齿尖宽c，其它流道结构参数（齿宽a、齿底距b、流道高度H、单元长l、流道水平长度L）均可表示为基本结构控制参数的函数，通过这7个基本结构控制参数可唯一确定迷宫流道。
　　（3）小尺寸矩形截面直流道内水流沿程水头损失系数随着雷诺数的变化规律与尼古拉兹试验成果非常相似：当雷诺数Re<416时，水流位于层流区；当雷诺数4161445时，水流位于阻力平方区；迷宫流道内水流流态转变的临界雷诺数与直流道内水流流态转变的临界雷诺数存在约10倍关系。
　　（4）迷宫流道内水流压力沿流道长度呈线性递减，由流道边界造成的水头损失符合线性叠加规律，且迷宫流道内水流的水头损失以局部水头损失为主，沿程水头损失仅占总水头损失很小的比例，最大不超过24.4％。
　　（5）梯形、齿形、三角形迷宫流道内水流的水头损失系数η均可表示为齿角度θ的函数，矩形迷宫流道内水流的水头损失系数?可表示为齿尖参差J和齿高h的函数；在相对误差分析中，通过所构造公式得到的水流水头损失计算值相对于实测值的误差最大不超过10%。

目录

主要符号表

第一章 绪论

1.1引言

1.2研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4目前存在的主要问题

第二章 研究内容与研究方法

2.1研究内容

2.2实验设备、系统

2.3技术路线图

第三章 迷宫流道结构参数化设计

3.1参数化迷宫流道结构

3.2迷宫流道基本结构参数设定

3.3迷宫流道结构几何构建

3.4 模型制作

第四章 迷宫流道沿程水头损失分析

4.1分析方法

4.3试验结果分析

4.4本章小结

第五章 迷宫流道水头损失公式构造

5.1梯形迷宫流道

5.2齿形迷宫流道

5.3三角形迷宫流道

5.4矩形迷宫流道

5.5本章小结

第六章 滴灌设计应用分析

6.1灌区概况

6.2总体布置方案

6.2滴灌工程设计

6.3灌水器水力计算

6.4本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文