[發明專利]一種基于流固耦合數值計算的微灌壓力調節器設計方法

有效

• 申請號: 201210370778.2
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102880757A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 牛文全;李連忠;魏正英
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及一種微灌壓力調節器的設計方法，特別涉及一種利用流固耦合數值計算技術實現的微灌壓力調節器快速設計的方法。

背景技術

壓力調節器是目前微灌系統中主要調壓設備之一，當進口壓力改變時，其流道自動變大或變小，使出口壓力保持穩定。壓力調節器具有結構簡單、調節范圍寬、性能穩定的特點，通常安裝在微灌工程支管或毛管進口，使每條支管或毛管進口壓力水頭相等，減少了設計時繁瑣的計算，簡化了管網設計，提高了灌溉系統灌水均勻度，并且還保證了每一條滴灌帶都在設計工作壓力范圍內工作．避免了因設計不當或操作失誤等因素引起的壓力過大造成滴灌帶爆裂現象，延長了滴灌工程的使用壽命，保障了系統安全。現在市場上的微灌壓力調節器多是通過調節腔體內調節組件在水壓下發生軸向移動，改變流道過流斷面尺寸來起到調節出口壓力的作用。其中調節組件的軸向移動與流體運動之間存在著較強的動力學耦合關系，運用傳統的CFD分析方法很難得到微灌壓力調節器內流體動態流動特性。

傳統的微灌壓力調節器設計，主要采用CFD計算與實驗結合的方法，調節組件的軸向變形量、進出口壓力的關系不容易準確地到，模型預估結果誤差較大，模型參數主要依賴實體件實驗，通過反復實驗最終對產品定型，設計開發盲目性大，開發周期長，研制成本高。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提出一種基于流固耦合數值計算的微灌壓力調節器設計方法。

為了實現上述任務，本發明采用的技術方案是：

一種基于流固耦合數值計算的微灌壓力調節器設計方法，其特征在于，首先根據微灌壓力調節器設計要求，采用CAD軟件建立微灌壓力調節器中流體區域參數化幾何模型及調節組件幾何模型。然后將流體與調節組件CAD模型分別導入CAE軟件ADINA中相應的流體與結構計算模塊，設定邊界條件及求解控制參數后，進行流固耦合數值計算；在數值計算過程中適時進行網格重構以保證計算網格的質量，根據計算結果調整幾何模型參數，直到計算結果滿足設計精度要求后，制作出快速成型試驗件，進行調壓性能實驗，若實驗結果與設計要求偏差在設計精度要求允許范圍內，則完成設計，若不滿足則修改模型。

該方法克服了傳統微灌壓力調節器設計中CFD計算忽視流體與調節組件的耦合作用，模型參數主要依靠估算，進而通過反復實驗確定，開發周期長，研制成本高的缺點，顯著提高了微灌壓力調節器的設計精度及效率。

附圖說明

圖1是本發明技術路線圖；

圖2是本發明的微灌壓力調節器示例模型的結構及計算邊界條件示意圖；圖中的標記分別表示：1、壓力進口，2、流固耦合面，3、接觸位置。4、壓力出口。

圖3是本發明微灌壓力調節器流體域幾何模型圖；

圖4是本發明微灌壓力調節器流體域網格模型圖；

圖5是本發明調節組件及接觸壁面幾何模型圖；

圖6是本發明調節組件及接觸壁面網格模型圖；

圖7是本發明調節腔區域由調節組件軸向移動變形造成的流體變形網格截面圖；

圖8是本發明調節腔區域流體網格重劃分后截面圖。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

具體實施方式

參見圖1，本實施例給出一種基于流固耦合數值計算的微灌壓力調節器設計方法，其主要的設計步驟如下：

1）首先根據微灌壓力調節器設計要求，采用CAD軟件建立微灌壓力調節器中流體區域參數化幾何模型及固體區域的調節組件幾何模型；

2）然后將CAD模型導入CAE軟件ADINA中，設定與實際工況相同的邊界條件及求解控制參數后，進行流固耦合數值計算；

3）根據計算結果調整幾何模型參數，直到計算結果與設計要求偏差在在設計精度要求的10%之內，制作出快速成型試驗件，進行調壓性能實驗；

4）對比調壓性能實驗結果與設計要求，若實驗結果與設計要求偏差在設計精度要求的10%之內，則完成設計，若不滿足則修改調節組件幾何模型。

以下給出該方法的其具體設計過程：

（1）幾何模型建立

根據微灌壓力調節器設計要求初步確定微灌壓力調節器結構參數，即運用CAD軟件分別建立微灌壓力調節器流體區域幾何模型及調節組件幾何模型，并確保流體區域與固體區域的坐標一致；由于調節組件軸向運動變形對微灌壓力調節器工作性能的影響較大，而彈簧的預置壓力是決定起調壓力的重要因素，故在調節組件與殼體壁面的接觸部分設立接觸。