迷宫有涡和无涡流道灌水器水流流场与压力场比较

摘要

水是人类社会的生存和发展都必需的资源。我国的水资源十分紧缺，随着我国经济和人口的快速发展，人类社会对水的需求量越来越大，但污染和浪费问题严重，水资源正处于供需紧张的局面。许多国家和政府正积极推广节水措施，最大限度的缓解水资源的供需矛盾。
　　我国是一个农业大国，农业用水占很大比重，许多地区一直沿用传统灌溉技术，导致水资源浪费严重。现阶段，随着人们节水意识的提高，我国开始大力推广节水灌溉技术，在许多节水措施中，滴灌技术的水利用效率最高，而且比较先进，因此被广泛应用。而滴灌技术中最关键的设备是滴灌灌水器，滴灌灌水器最好的流道形式是迷宫灌水器流道，流道内的漩涡区域影响着灌水器的消能能力和抗堵塞性能。
　　本文作为山西省自然科学基金项目《滴灌迷宫灌水器中水沙两相流研究》(2008011054)的后续研究内容，并选用四种常见的迷宫有涡流道结构灌水器作为基本模型，根据模拟的流线边界最大最优限度消除漩涡，得出四种相应的无涡流道结构模型，然后在3m、5m、7m、9m、10m、12m、14m、15m等8种压力水头下进行模拟，分别得出各自的流量系数、流态指数以及压力流量关系和压力雷诺数关系、灌水器水头损失系数、单元流道长度的压力降，并模拟得到其速度矢量图、指定断面速度分布图、压力分布图、指定断面压力分布图。
　　对有涡和无涡迷宫灌水器的数值模拟和计算，得到以下结论:
　　(1)迷宫无涡流道的流量在相同压力水头下均比有涡流道的大。无涡流道的流量系数均比有涡流道大。矩形、齿形和梯形无涡流道的流态指数比有涡流道大，而三角形无涡流道的流态指数比有涡流道小。
　　(2)四种有涡流道比较时，三角形有涡流道灌水器的流量系数小于其他三种迷宫灌水器，而流态指数最大的是三角形有涡流道灌水器，最小的是齿形有涡流道灌水器，齿形灌水器水力性能相对较好。
　　(3)四种无涡流道比较时，三角形无涡迷宫灌水器的流量系数和流态指数均小于其他三种迷宫灌水器，流态指数明显降低，其水力性能最好，因此从理论上应优先选用三角形无涡流道灌水器。
　　(4)同一压力水头下，八种型式的迷宫灌水器的水流流态均为紊流状态，其雷诺数Re随压力水头增大均增加。四种无涡流道灌水器的雷诺数Re也均比有涡流道的大，且明显大于临界雷诺数值87.5～125.0。
　　(5)同一压力水头下，矩形有涡灌水器漩涡体积是四者中最少的。齿形和三角形有涡灌水器的漩涡范围要大于矩形和梯形有涡灌水器。三角形无涡灌水器残留的漩涡区域比其他三种无涡灌水器较多，其在抗堵塞性能和消能方面优于其他三种无涡灌水器。
　　(6)对比指定的断面1～6的速度矢量图可知，四种有涡流道速度振荡区域比无涡流道多，齿形有涡流道流速振荡区域比其他三种有涡流道明显。三角形无涡流道内速度零点多余其它三种无涡流道。
　　(7)有涡和无涡灌水器内的压力分布沿水流方向递减。无涡流道压力降均比有涡流道的大。说明无涡流道压力调节能力优于有涡流道。
　　(8)对比指定的断面1～6的压强分布图可知，齿形有涡流道压强振荡区域比其他三种有涡流道明显，三角形无涡流道内压强振荡区域其它三种无涡流道明显。
　　(9)综合考虑，同等条件下，选择有涡流道时应优先选用齿形有涡流道灌水器，选择无涡流道时应优先选用三角形无涡流道灌水器。总体分析，理论上三角形无涡流道灌水器的水力性能最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 中国水资源现状及特点

1．2 滴灌技术

1．2．1 滴灌及滴灌系统的组成

1．2．2 滴灌的分类及特点

第二章 滴灌灌水器

2．1 滴灌灌水器要求及分类

2．2 滴灌灌水器的国内外发展过程

2．2．1 国外滴灌灌水器的发展过程

2．2．2 国内滴灌灌水器的发展过程

2．3 滴灌灌水器的研究趋势及面临的问题

2．3．1 滴灌灌水器的研究趋势

2．3．2 滴灌灌水器面I临的问题

2．4 灌水器研究的文献综述

2．4．1 关于灌水器流道结构型式的文献综述

2．4．2 关于灌水器流道内漩涡部分的文献综述

2．5 本文的研究内容及意义

2．5．1 研究内容

2．5．2 研究意义

第三章 计算模型及方法

3．1 FLUENT软件简介

3．2 常见的四种基本型式迷宫灌水器结构参数选择

3．3 有涡和无涡流道灌水器的模型建立与网格划分

3．3．1 有涡和无涡流道灌水器的GAMBIT建模

3．3．2 有涡和无涡流道灌水器的模型网格划分

3．4 计算模型及条件

3．4．1 边界初始条件及属性设置

3．4．2 计算模型

3．4．3 数值模拟方法

3．4．4 残差与收敛准则

第四章 迷宫有涡流道和无涡流道灌水器水流流场与压力场的比较

4．1 有涡和无涡流道灌水器的压力流量关系

4．2 有涡和无涡流道灌水器的压力雷诺数关系

4．3 有涡和无涡流道灌水器水流流场分析

4．3．1 有涡和无涡流道灌水器流道横向断面位置图

4．3．2 有涡和无涡流道灌水器各个流道横向断面速度分布图

4．4 有涡和无涡流道灌水器压力场分析

4．4．1 有涡和无涡流道灌水器水头损失系数比较

4．4．2 有涡和无涡流道灌水器单位流道长度压力降比较

4．4．3 有涡和无涡流道灌水器各个流道横向断面压强分布图

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文