[發(fā)明專利]削除流道內(nèi)懸浮顆粒集聚位置的灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910180769.5
• 申請(qǐng)日: 2009-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101667218A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻黎明;吳普特;吳文勇;劉洪祿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京市水利科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)滴灌技術(shù)，具體說(shuō)，涉及一種削除流道內(nèi)懸浮顆粒集聚位置的灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

滴灌灌水器在滴灌系統(tǒng)中是最重要的部件之一，滴灌灌水器被稱之為滴灌系統(tǒng)的心臟，其作用是使有壓水流過(guò)其內(nèi)部的狹長(zhǎng)流道結(jié)構(gòu)或微孔充分消能，以水流穩(wěn)定、均勻地滴入土壤。其水力性能和抗堵塞性能是滴灌系統(tǒng)投資、運(yùn)行成本和運(yùn)行年限的決定因素，其中滴灌灌水器質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)滴灌系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、成本和使用年限。對(duì)于滴灌灌水器的堵塞問(wèn)題，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，也是自始至終困擾研究人員和應(yīng)用者的一個(gè)難題。據(jù)有關(guān)報(bào)道，即使在水質(zhì)良好的條件下，采用較為完善的過(guò)濾措施，滴灌系統(tǒng)仍存在有大約1/3的物理堵塞。

中國(guó)專利申請(qǐng)200710063794.6公開(kāi)了一種抗堵塞滴灌灌水器設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟，(1)建立灌水器流道的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和設(shè)定計(jì)算區(qū)域的邊界條件；(2)應(yīng)用CFD求解器對(duì)滴頭流道模型進(jìn)行計(jì)算；(3)計(jì)算得到流速場(chǎng)、渦量分布參數(shù)，確定滴頭流道內(nèi)的低流速區(qū)域位置、壓能耗散的決定因素；(4)修整流道結(jié)構(gòu)邊界，改變齒型結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)齒尖處射流偏轉(zhuǎn)的流動(dòng)分析，減少齒尖處和背水面對(duì)流道邊界的沖刷，強(qiáng)化流場(chǎng)中的漩渦結(jié)構(gòu)；(5)反復(fù)幾次數(shù)值計(jì)算，對(duì)比優(yōu)化前后的流道內(nèi)的流場(chǎng)參數(shù)，以確定灌水器的抗堵塞能力，測(cè)定灌水器的流量-壓力參數(shù)，以保證灌水器的水力性能。

中國(guó)專利申請(qǐng)03134229.9公開(kāi)了一種基于流態(tài)的微灌灌水器抗堵流道的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括：構(gòu)建灌水器迷宮型流道流態(tài)分析模型；網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定；迷宮型流道流體的流動(dòng)模擬；迷宮型流道防堵結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化。通過(guò)對(duì)灌灌水器流道進(jìn)行流動(dòng)特性分析和數(shù)值模擬計(jì)算，分析流道中流體存在的流動(dòng)滯止區(qū)即“死區(qū)”，去除流道中存在的“死區(qū)”。

目前針對(duì)滴灌灌水器流道抗堵塞的研究主要利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)對(duì)滴灌灌水器內(nèi)部水流流動(dòng)進(jìn)行分析，該方法具有成本低、靈活性強(qiáng)和縮短設(shè)計(jì)周期等優(yōu)點(diǎn)。許多學(xué)者采用該方法分析滴灌灌水器的流道內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，削除水流產(chǎn)生的制止區(qū)、漩渦區(qū)和低流速區(qū)。另外，也有學(xué)者通過(guò)固液兩相流模擬的方法消除滴灌灌水器的流道內(nèi)顆粒易集聚的區(qū)域，但仍是以水流的流線和整個(gè)流場(chǎng)水流的流動(dòng)情況出發(fā)對(duì)流道進(jìn)行修改，該方法能改善抗堵塞能力但改變了灌水器原有的水力性能，需要增加流道長(zhǎng)度來(lái)彌補(bǔ)消能方面的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種削除流道內(nèi)懸浮顆粒集聚位置的灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法，能夠獲取最佳的流道結(jié)構(gòu)形式。

技術(shù)方案方案如下：

一種削除流道內(nèi)懸浮顆粒集聚位置的灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟一：構(gòu)建滴灌灌水器內(nèi)部流道的幾何結(jié)構(gòu)模型，確定所述流道的入口和出口處邊界條件；

步驟二：根據(jù)所述邊界條件，采用計(jì)算流體力學(xué)CFD固液兩相流模型對(duì)流道模型進(jìn)行數(shù)值模擬；

步驟三：提取所述流道深度一半位置上帶有懸浮顆粒含量百分比的截面，按照最小懸浮顆粒濃度曲線修改所述流道模型；

步驟四：循環(huán)并多次重復(fù)上述步驟一至三，篩選出最大懸浮顆粒濃度最接近入口懸浮顆粒濃度的流道形狀。

進(jìn)一步，上述灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法在實(shí)施完步驟一至四之后還包括：

步驟五：采用算術(shù)平均法統(tǒng)計(jì)流道修改尺寸，將所述流道統(tǒng)一成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并將所述標(biāo)準(zhǔn)尺寸的流道按照設(shè)定的倍數(shù)放大或者縮小；

步驟六：對(duì)每種流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行水力性能模擬，并比較水力性能參數(shù)中的流態(tài)指數(shù)和流道寬度，取最大懸浮顆粒濃度最接近入口懸浮顆粒濃度，并且流態(tài)指數(shù)較小、流道寬度較大的流道形式作為最終的流道。

進(jìn)一步，所述設(shè)定的倍數(shù)包括：0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.4倍或者1.6倍。

進(jìn)一步，以所述流道的入口和出口處壓力，及入口懸浮顆粒濃度為邊界條件。

進(jìn)一步，采用AUTOCAD軟件來(lái)構(gòu)建滴灌灌水器內(nèi)部流道的幾何結(jié)構(gòu)模型，流道的橫截面為矩形，并采用CFD前處理軟件GAMBIT對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格采用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并對(duì)邊界處設(shè)置網(wǎng)格加密。

進(jìn)一步，應(yīng)用CFD流場(chǎng)計(jì)算分析軟件FLUENT軟件對(duì)流道內(nèi)的固液兩相流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，選用歐拉多相流模型，湍流模型為Realizable，壁面處理函數(shù)為Non-Equilibrium?Wall?Functions；設(shè)置重力條件，計(jì)算方法采用定常的耦合隱式算法，采用先一階后二階迎風(fēng)格式。

本發(fā)明技術(shù)方案帶來(lái)的技術(shù)效果包括：