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滴灌灌水器内流场消能与气液流动规律研究

作　者: 郑锦灿
导　师: 史玉升
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 滴灌灌水器多功能实验装置灌水器消能抗堵塞气液两相流计算流体动力学
分类号: S277.95
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

滴灌灌水器是节水灌溉应用中的关键部件,其性能的好坏直接影响灌溉系统是否正常工作及含水质量。灌水器在较高的工作压力下保证较低的出水流量(即灌水器消能)从而实现其节水增产功能是依靠其流道内部细微、曲折迂回的结构,而这些结构特征决定了灌水器在工作过程中其内部流场复杂多变。随着计算机技术的飞速发展,针对灌水器内流场的流动规律国内外众多学者采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)的方法进行了数值模拟研究,这些研究主要以灌水器的物理堵塞问题研究和灌水器流动特性研究为主。然而实验过程中发现,灌溉系统在工作过程中其管道内部流体除固体颗粒外还夹带有一定量的气体,灌水器流道内部结构特征不仅与其物理抗堵塞性能、内流场流动特征有关,还与灌水器消能以及抗化学堵塞性能有关。为此,本研究采用计算流体动力学的方法对现有几种应用比较广泛的典型灌水器产品的流道内流场进行了消能效率、气液两相流动规律进行了数值模拟研究。通过获取不同压力下不同结构形式灌水器内流道单元截面上的平均压力值和两相流模拟下灌水器内不同位置截面上气相平均体积分数。并在总结现有微灌试验测试平台的基础上,自行设计构建一种微灌实验室多功能强化堵塞试验装置,通过利用该装置上进行灌水器流道单元消能试验测试以及气液强化堵塞试验测试,验证数值模拟结果。综上所述,本文得出如下结论:(1)灌水器流道各单元消能效率在灌水器内分布的特征规律;(2)灌水器流道结构形式对灌水器流道单元消能效率的影响规律; (3)气相与液相在灌水器流道单元内分布特征规律。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 滴灌灌水器概述  8-9
  1.2 水流消能规律研究现状  9-10
  1.3 微通道内气液流动规律研究现状  10-12
  1.4 灌水器内流场数值模拟研究现状  12-13
  1.5 课题来源、目的及意义  13-14
  1.6 本研究工作简介  14-16
2 灌水器实验室堵塞试验方法与装置  16-25
  2.1 前言  16
  2.2 试验装置结构与工作原理  16-21
  2.3 试验方法  21-24
  2.4 本章小结  24-25
3 灌水器流道单元消能效率研究  25-64
  3.1 前言  25-26
  3.2 实验材料与方法  26-32
  3.3 灌水器流道单元消能效率数值模拟研究  32-56
  3.4 灌水器流道单元消能效率试验研究  56-63
  3.5 本章小结  63-64
4 灌水器内流场气液流动规律数值模拟研究  64-75
  4.1 前言  64-65
  4.2 灌水器物理模型及其气液两相流数学模型  65-66
  4.3 灌水器内流场气液两相流数值模拟研究  66-73
  4.4 本章小结  73-75
5 结论与展望  75-76
  5.1 全文总结  75
  5.2 研究展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-82
附录1 攻读硕士学位期间的撰写专利的目录  82

滴灌灌水器内流场消能与气液流动规律研究

内容摘要

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