改进的滴灌双向流道结构参数对水力性能影响

为了在现有滴灌管(带)生产设备加工成型,改进了滴灌双向流道结构.针对这一新型流道,探索分析流道结构参数对其水力性能的影响.以流道4个关键结构参数为因素,基于正交试验设计方法,设计16组方案并制作流道样件,进行水力性能试验.采用极差分析和方差分析研究各结构参数对水力性能的影响效应.利用多元线性回归,建立流态指数和流量系数与4个结构参数的回归模型.结果表明,流道过水宽度,对流态指数的影响最显著,分水件与边壁距离的影响最小;分水件与边壁距离对流量系数的影响最大.回归模型效果显著,且准确度较高,可用于流道流态指数、流量系数的预测,研究结果可为新型双向流道的参数化设计及其结构优化,提供一定的理论指导.     

新型小管稳流器结构参数设计与试验研究

为了研究新型小管稳流器的水力性能及其结构参数对水力性能的影响,取稳流器流道的7个结构参数作为因素,采用正交试验设计方法,制定了16组方案,在50~250 kPa等6个不同工作压力下进行水力性能测试.结果表明16组试验方案下流道的流态指数为0.475~0.498,其水力性能良好.利用极差分析法,分析得知流道第2组分水板与过水板间距对流态指数的影响最大,第1组分水板与过水板间距对流态指数影响最小.应用多元线性回归分析,建立7个结构参数与流态指数之间的回归模型,方差分析表明其相关性良好;t检验显示,第1组分水板与边壁间距、第1组过水板中部过水孔径和第2组分水板与过水板间距对流态指数影响显著;同时验证试验表明,该回归模型计算值与试验值误差小于5%,能准确可靠地预测流态指数.     

改进型双向流流道滴灌灌水器参数设计研究

为研究改进型双向流流道滴灌灌水器水力性能及其与结构参数之间的关系,利用正交试验设计法,取灌水器的6个结构参数作为因素,形成25组方案,在0.05～0.25 MPa 5个不同压力下,进行水力性能测试。结果表明,25组方案流态指数为0.401～0.498,0.10 MPa时的最小流量为1.50 L/h,其水力性能良好,且流量相对较小。极差分析结果显示,挡水件与流道上壁间夹角α对流态指数影响最大,且呈正相关;利用回归分析,建立6个结构参数与流态指数间的回归模型,结果显示其相关性良好;试验验证表明,该回归模型能较准确地预测流态指数,实现了改进型双向流流道参数化设计,并对其结构优化具有一定的理论参考。     

滴灌灌水器三角形迷宫流道优化设计

为了研究三角形迷宫流道滴灌灌水器的水力特性,将其结构作为研究单元,以流道转角、流道宽度和齿高3个结构参数为因素,采用均匀设计方法设计出10个结构参数组合方案.对于每个参数方案,通过AutoCAD对灌水器流道进行三维造型设计,采用计算流体动力学软件Fluent 6.2对流道内部流体的流动状态进行数值模拟,并且模拟分析灌水器内部流道的水力性能和流场特性,得到流道内部流场可视化图像,同时计算不同压力对应的流量值,通过回归分析建立压力与流量之间的量化关系和回归曲线图,并获得其流态指数.在此基础上,根据10个组合方案数据,通过多元回归计算,建立流态指数与结构参数之间的数学关系.以流态指数最小为目标,采用遗传算法,获得结构参数优化设计方案,得到一种流道内速度均匀分布、压力变化均匀递减、流量大小控制在滴灌允许范围之内、水力性能优良的三角形迷宫流道灌水器,可为三角形迷宫流道灌水器的参数化结构设计、制造中的精度控制以及最终的研发提供理论依据.     

弧形流道结构参数对灌水器水力性能影响的数值模拟

应用计算流体动力学CFD数值软件FLUENT6.3,模拟了滴灌灌水器弧形及弧齿形二种结构形式流道的流场水力性能。结果表明,弧形流道的消能方式主要为沿程水头损失,弧形流道灌水器的流态指数在0.7左右,而弧齿形流道中存在许多流动漩涡区,因此,其消能方式主要为局部水头损失,弧齿形灌水器的流态指数在0.5左右。通过对比分析认为:弧齿形流道水力性能优于弧形流道,可以通过结构参数优化设计,减小0流速区域,强化旋涡区,提高弧齿形灌水器的水力性能与抗堵塞能力,灌水器设计中推荐采用弧齿形流道结构形式。     

涡漩对迷宫流道灌水器水流流态的数值影响分析

为分析涡漩对迷宫流道灌水器内部水流流态的影响.借助Fluent软件对矩形、齿形、三角形、梯形4种形式灌水器流道内部水流流场进行模拟,并最大限度地保留流道内主流区的流线边界,确定出4种圆弧形抗堵性能良好的无涡流道结构模型.对上述无涡流道及相应的有涡流道模型进行速度场以及压力场的研究分析.结果表明,无涡迷宫流道内水流流态介于层流与湍流之间的过渡区,水头损失与流速的线性斜率为1.49～1.60;有涡迷宫流道内水流流态为湍流,水头损失与流速的线性斜率为1.75～2.00;4组有涡流道模型的流态指数均靠近0.5,水力性能较优越;对于同一种形式的流道模型,去掉漩涡后,其流量系数变小,流态指数变大,灌水器的水力性能变差.模拟结果证明涡漩的存在可以增强流道内水流的湍动强度,提高迷宫灌水器的水力性能.     

基于正交试验的三角环流流道灌水器数值模拟

针对目前灌水器结构形式单一的现状,构造出一种新型的三角环流灌水器.利用Pro/E软件完成灌水器造型,运用Fluent 6.3对灌水器内部流场进行了数值模拟.以三角环流灌水器流道的关键结构参数为因素,以灌水器的流态指数和流量为试验指标,对灌水器进行了正交试验设计,并应用极差与方差分析法分析了流道关键结构参数对流态指数和流量的影响度.结果表明,三角环流灌水器的流态指数的值在0.5左右,水力性能良好;流道宽度对流态指数的影响最显著,而流道深度、进口尺寸和单元高度对流态指数没有显著影响;流道深度、宽度、进口尺寸和单元高度对灌水器流量均有显著影响,且影响程度递减.通过多元线性回归分析,建立了灌水器流量和流态指数与流道结构参数之间的回归模型,可为三角环流灌水器结构设计与量化分析提供理论依据.     

齿型迷宫流道灌水器水力性能数值模拟研究

【目的】定量探究流道结构参数与灌水器水力性能之间的互馈关系。【方法】研究齿角度(a)、齿底距(b)、齿高度(c)和流道深度(d)4个关键因素,选用L18(37)正交试验设计方案,通过室内测试与数值模拟,定量分析了流道结构参数对其水力性能的影响。【结果】采用四面体含边界层网格或混合多面体网格的模拟精度最高,采用标准k-ε计算模型,流量偏差率可控制在6.00%的误差范围内,可推荐作为齿型流道结构灌水器数值模拟时的参考设置模式;按显著性水平α=0.1检验,流道深度和齿高度对流态指数存在显著影响;此外,研究构建了流态指数与齿型灌水器关键结构参数之间的定量多元线性回归方程为;X=4.67×10-4a-0.005 4b-0.016 1c+0.041 7d+0.442 2,流量系数的回归方程为:K=0.211 1a+2.822 4b+1.796 5c+8.247 8d-11.584 9。【结论】齿型流道结构滴头的网格划分宜采用四面体含边界层网格或混合多面体网格型式,且流态指数和流量系数与齿型灌水器关键结构参数之间的关系可以通过多元线性回归方程表示。     

几种微灌灌水器均匀度试验研究

对国产的2种压力补偿式滴头、3种稳流器、1种内镶式滴灌管和1种发丝滴头进行了水力性能测试,分析灌水器不同工作压力区间内的流态指数,并以制造偏差和流态指数为主要影响因素,对灌水器进行了水力性能评价。结果表明:压力补偿式灌水器存在最优压力区间,在此区间内灌水器流态指数较小、水力特征曲线平滑;非压力补偿式灌水器在整个压力区间内流态指数稳定、水力特征曲线稳定连续;供试的5种压力补偿式灌水器制造偏差系数较大,为0.14~0.30,而2种非补偿式灌水器制造偏差系数较小(0.02左右)。通过灌水器流态指数、制造偏差系数对综合流量偏差系数的影响的分析表明:灌水器制造偏差对系统灌水均匀度的影响很大,在进行微灌工程水力设计时,应给予高度重视。     

新型分段插杆式灌水器结构设计及 水力特性研究

传统的灌水器过流截面积一般在1 mm~2以下,极易造成流道结构堵塞。以插杆式灌水器为基本研究对象,采用大截面积迷宫流道结构尺寸,并创造性的设置了螺旋分流道,采用正交试验的方法仿真分析了螺旋分流道的关键特征结构尺寸对灌水器水力特性的影响。研究结果表明,螺旋分流道的加入,增强了灌水器内部水流的紊动效应,实现了大截面积迷宫流道内水流流态由层流向紊流的转变;提出了灌水器水力特性参数与螺旋分流道关键结构参数之间的关系式,指出螺旋分流道圆弧半径R对流量系数k和流态指数x影响最大,为灌水器水力特性的优化提供了参考。     

流道结构对低压旋转式喷头水力性能影响试验研究

以低压旋转式喷头为研究对象,选择喷盘空间流道的结构参数:出口截面形状、流道偏转角、流道型线弧长、出口仰角作为试验因素,采用L₄³(9)的正交设计,测量了工作压力为250 kPa时,不同因素水平下各试验喷头的水量分布和流量,并利用线性插值法计算了单喷头的射程,选用Matlab软件模拟了正方形布置下喷头的组合均匀系数,分析了空间流道各结构参数值对喷头水力性能的影响规律.结果表明:低压喷头空间流道的出口截面为圆形和倒U形时,其喷洒均匀性优于出口截面为异形的喷头;空间流道结构参数的改变对流量基本无影响,波动范围在±0.1 m³/h.运用综合评分法分析得到各空间流道结构参数因素对组合均匀系数和射程的综合评价指标影响的主次顺序为流道偏转角、出口截面形状、出口仰角、流道型线弧长、最终得出低压旋转式喷头空间流道结构参数的最佳组合为出口截面圆形,流道偏转角4.5°,流道型线半径29 mm,出口仰角25°.     

基于约束多目标粒子群算法的倒刺型流道优化

为了提高灌水器的综合性能,根据边界层分离现象,提出一种倒刺型迷宫流道,并对流道结构进行多目标优化.制作等比例玻璃试验件,采用粒子图像测速技术验证计算结果.针对水力性能和抗堵性能目标,将流道结构参数作为试验因素,以流量、流态指数及粒子通过率为性能指标进行正交试验,总结结构参数对性能指标的影响,通过回归分析得到结构参数与性能指标间的函数关系,提取25组正交组合结构单元的流速场,分析圆角区和倒刺背水区涡旋对内部流场和颗粒运动的影响.将流量函数作为约束条件,将具有极小值极性的流态指数和具有极大值极性的粒子通过率作为目标函数,采用约束粒子群算法对流道结构进行多目标优化,在等权重时从Pareto解集中得到唯一解,优化后模型流态指数为0.483,粒子通过率为0.955,流量为2.17 L/h.可见采用上述约束优化设计方法,得到的结构组合可满足流量约束并具有最优综合性能.     

基于CFD的空间导叶内部流场分析及优化设计

针对空间导叶传统设计方法的不足,以离心泵的空间导叶为研究对象,采用设计工况下泵的扬程和效率提升为优化目标,在保证叶片进口安放角、出口安放角、导叶轴面等设计参数不变的前提下,通过CFD数值模拟计算不同包角的空间导叶叶型与泵的水力效率之间的关系,从而寻找效率最优的导叶叶型.计算结果表明:空间导叶的叶片包角对泵的内流场结构和泵的外特性有重要影响,在其他流道参数不变的情况下, 存在使泵效率最高的最优包角;随着导叶叶片包角的增大,叶片工作面上的高压区域逐步由进口向出口移动,叶片由“前载型”逐步变为“后载型”;小包角时,由于叶片前部分的叶片安放角变化较大,在叶片背面的中部到后部的部分区域存在低速脱流区,且随着叶片包角的增大该脱流区面积逐渐减小并逐渐向出口方向移动;随着叶片包角的增大,叶片进口堵塞现象加重,导叶进口速度逐渐增大.揭示了空间导叶流动结构与导叶包角、型线间的内在关系,为空间导叶的优化及设计提供一定的理论依据.     

导叶进出口角对能量回收水力透平性能的影响

根据不同的导叶进、出口角,设计4组带导叶的基于单级离心泵反转的能量回收水力透平模型,应用计算流体动力学软件Fluent 6.3对其进行数值模拟.结果表明：同一流量,随着导叶进口角的增大,透平的效率和水头均显著下降,在最优工况点,模型A比模型D水力效率高出7%.进口角一定,出口角大于进口角时,导叶出口速度环量减小,透平效率降低;反之,出口角小于进口角时,导叶出口速度环量增加,透平效率提高.随着进、出口角的增大,最优工况点向大流量区域偏移,转轮内部压力分布均匀性变差.因此导叶进口角对能量回收水力透平的性能有决定性作用,进口角大于出口角有利于效率的提高.对于其他基本尺寸确定的能量回收水力透平,存在最佳的导叶进、出口角,且导叶进、出口角对透平的外特性和内流场均有很大的影响.结果为能量回收水力透平的进一步研究提供了一定的理论基础.     

滴灌三角形迷宫滴头水力性能稳健性分析

由于滴灌滴头流道曲折复杂,各种结构参数都不同程度地影响着滴头水力性能,滴头水力性能分析时,很难建立显式的解析模型.为此提出基于移动最小二乘响应曲面法建立滴头水力性能可靠性指标对应结构影响参数的灵敏度分析模型.结果表明,滴头流道流量系数的可靠度对流道长度和流道宽度的均值灵敏性较强,对流道转角的均值灵敏性较差;滴头流道流态指数的可靠度对流道宽度和流道转角的均值灵敏性较强,对流道长度的均值灵敏性较差;基本变量标准差的增加会降低滴头流道流量系数和流态指数的可靠度.基于移动最小二乘响应曲面滴头水力性能可靠性灵敏度分析结果与通常的定性分析结果一致,验证了本方法的有效性.