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利用可視化研究設計的灌水器 抗堵又節水
發布時間:2018-4-11 閱讀:660次  

據《農業工程學報》2008年6月報道,我國是水資源嚴重缺乏的國家之一,實行現代節水農業勢在必行。作為高效節水灌溉係統重要部件的灌水器,出水流量小(一般單個灌水器的流量隻有2-8升/小時,灌水器流道和出水口尺寸一般在1毫米左右),因此易被水中的汙物堵塞。所以進行灌水器的自主開發,首先要解決灌水器的堵塞問題。

  此研究報告刊登於《農業工程學報》2008年第6期24卷,題為“灌水器微細流道水沙兩相流分析和微PIV及抗堵實驗研究”,****作者為西安交通大學機械製造係統工程國家重點實驗室魏正英教授。

  研究者主要對灌水器微細迷宮流道的未過濾掉的沙粒的實際流動狀況和堵塞機理進行了可視化觀測和實驗研究。首先針對灌水器複雜微細的迷宮流道結構(1毫米左右),選取常用的矩形和鋸齒形迷宮流道滴片結構,根據液固兩相流理論,對其微細流道進行了水沙兩相流計算流體力學(CFD)數值模擬分析,得到了迷宮流道內流體的速度和流線分布及沙粒的運動軌跡和濃度的瞬時分布,分析認為,流道內的低速區及渦旋區是造成堵塞的主要原因。並根據灌水器迷宮流道水沙兩相流實驗的需要,搭建了微細流道粒子圖像測速技術(PIV)可視化測試的粒子圖像測速實驗台,嚐試應用微PIV測速技術對流道內兩相流流場進行了測定,而且配合短周期堵塞實驗驗證了CFD計算的正確性。然後通過短周期堵塞實驗分析得到了流道單元的****結構參數,**後對迷宮流道進行了抗堵結構優化。同時還對流道內沙粒的運動軌跡和濃度的瞬時分布進行了CFD分析,結果發現:粒子在渦旋區和低速區非常容易發生沉積,通過正交試驗設計,得出流道結構各因素對灌水器抗堵性能影響的從大到小依次為:流道寬、單元高、單元長度、單元數。由此得到矩形和鋸齒形流道設計中結構參數的****取值範圍,提出了流道寬與灌水器堵塞時砂粒粒徑的尺寸關係,對流道結構設計和過濾係統的選取提出了建議。

  國外現代農業節水技術發展比較成熟,以色列的灌水器生產開發研究水平很先進。但是不同的地區灌水器設計具有一定的差異,引進的灌水器在我國使用堵塞嚴重。因此進行自主研發適合我國農田節水灌溉係統的灌水器勢在必行。這項研究為設計抗堵性能好的灌水器提供了理論依據,對我國現代化農業節水產品的開發具有非常重要的指導意義。

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