齿形迷宫流道结构滴头的设计方法

论文摘要

滴头是滴灌系统的核心部件,在我国滴头自主研发设计水平落后的背景下,本文主要进行了适宜齿形迷宫流道结构滴头的模型选取、滴头各参数与水力性能的关系、齿形迷宫流道结构滴头的设计三部分研究,提出了一种符合大、中、小三种滴头流量的设计方案。首先,运用计算流体力学CFD软件,对三种不同结构的齿形迷宫流道滴头进行数值模拟,具体需要对Fluent所提供的各种湍流模型、网格划分类型及大小、控制精度进行选择与比较,对模拟值与实测值得偏差大小进行对比,选取最接近实测值的模型方案。同时,在水力性能试验中进一步验证了上述数值模拟方案在滴头模拟研究中的可行性;根据滴头水力性能的试验结果,探究了单因素结构参数与组合结构参数对滴头水力性能的影响,分别从流量、流量系数、流态指数三方面进行了分析,并建立了相应的多元线性回归方程。最终,依据第二部分的显著性分析结果以及线性方程建立了滴头设计的合理流程。主要结论如下:（1）Fluent软件中不同的湍流模型适宜不同的流体研究工况,为了较为精准地模拟出齿形迷宫流道结构的出口流量、流量系数、流态指数三方面的水力性能参数,将3种滴头在不同湍流模型、不同网格划分类型及大小、控制精度下进行模拟试验,所得结果与实测试验进行比较,从各项指数偏差值的角度选取最接近真实值的模拟模型。结果证明,标准k-ε两方程模型、RNG k-ε两方程模型分别结合自动网格划分、六面体主导的网格划分均适用于齿形迷宫流道结构中的模拟计算。采用该模型计算结构可信,无需再进行实测验证。同时,网格大小选择0.2mm,网格数量控制在十几万到几十万之间,模拟计算残差控制精度为0.001,收敛率为100%,90%以上结构达到收敛的计算步数为5000步以内。（2）在滴头结构参数与滴头水力性能的分析中可知,滴头流量随流道单元数的增加而减少,滴头流量与流道单元数成负相关的关系;滴头流量随流道齿间距的改变变化并不明显,流量与齿间距总体上无明显的正相关或者负相关关系;滴头流量与流道齿转角之间存在一个120°的转折捩角,整体来说,滴头流量与齿转角之间呈正相关关系。滴头流量系数与滴头齿转角之间的关系在不同的齿间距、流道单元数、流道宽度、流道深度的情况下,除了个别情况外,整体呈正相关的关系。（3）根据滴头水力性能的试验结果,综合探究了单因素结构参数与组合结构参数对滴头水力性能的影响,分别从流量、流量系数、流态指数三方面进行了显著性分析,并建立了相应的多元线性回归方程。显著性分析的结果显示,单因素方面,滴头流量、流量系数与齿转角、流道宽度、流道深度、流道单元数均存在显著性关系,滴头流态指数与齿间距、齿转角、流道宽度、流道深度均存在显著性关系。组合因素方面,滴头流量、流量系数与流道横截面面积、流道总长度、流道弯曲度均存在显著性关系,滴头流态指数与流道横截面面积、流道总长度均存在显著性关系。（4）依据滴头单因素、组合因素结构参数对滴头水力性能的显著性分析结果以及线性方程建立了滴头设计的合理流程,提出了额定流量和流态指数下滴头的设计方案。在齿转角为120°的情况下,首先通过线性方程组计算流道宽度、齿间距来确定初始结构,下一步通过先后调整流道宽度、齿间距、流道单元数来求得符合设计流量的滴头,滴头流量偏差控制在5%以内,流态指数在0.5左右。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕敏

导师: 牛文全

关键词: 滴头,数值模拟,计算流体力学,结构参数,水力性能,设计方法

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金项目(51679205),国家重点研发计划资助项目(2016YFC0400202)

分类号: O35

总页数: 85

文件大小: 1919K

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