内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究.doc

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内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究

内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究 第22卷第1O期 2006年1O月 农业工程 TransactionsoftheCSAE Vo1.22No.10 Oct.200683 内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究 魏青松,史玉升,芦刚,董文楚,罗金耀,黄树槐 (1.华中科技大学材料科学与工程学院,塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室,武汉430074; 2.武汉大学水利水电学院,水资源与水电工程国家重点实验室,武汉430072) 摘要:该文运用水力学公式,数值模拟和快速原型试验研究了绕流流道滴灌带的水力性能,并建立了设计流量与流道结 构参数之间的计算模型.数值模拟得到的流场水力结构显示水流的水头损失主要集中在流道的拐角,分支和交汇处.在数 值模拟的基础上,利用快速成形技术制造出16种结构形式的绕流流道,并进行压力与流量特性试验.试验结果表明:绕流 流道的流态指数为0.5左右,且受流道的截面积和单元数的影响较小;而流量系数则随截面积的增加而增加,随单元数的 增加而减小.144组试验数据的回归结果显示:流量随流道的截面积和工作压力的增加而增大,随单元数的增加而减小;其 中,截面积影响最大,单元数次之,最后是工作压力. 关键词;滴灌带;滴灌灌水器;绕流;水力性能;数值模拟;快速成形 中图分类号:$275.6文献标识码:A文章编号:1002—6819(2006)10—0083.05 魏青松,史玉升,芦刚,等.内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究[J3.农业工程,2006,22(10):83—87. WeiQingsong,ShiYusheng,LuGang,eta1.Hydraulicperformancesoftheround—flowchannelinanin—linedrip—tape[J]. TransactionsoftheCSAE,2006,22(10):83—87.(inChinesewithEnglishabstract) 0引言 滴灌具有节水,增产和改善作物品质等诸多优点, 是解决灌溉用水短缺的有效方法之一.然而,中国大多 数的滴灌生产厂家主要依靠引进国外产品,甚至是成套 的生产装备口],导致现有的滴灌产品难以完全适应中国 的国情,如堵塞问题突出和运行成本昂贵等.因此,自 2O世纪9O年代末,一些研究人员开始尝试设计并研制 具有自主知识产权的新型灌水器.赵德菱等应用达西一 威斯巴赫方程设计了一种螺纹式滴头,并完成了产品的 小批量生产和中试试验[2].刘刚等利用涡流原理研制了 一 种长流道的螺旋式滴头,并对其流态和抗堵塞性能进 行了详细分析].方部玲等研制了一种杆式滴头,其直 线型的弯曲消能流道镶嵌于杆状柱体的圆柱面之上.该 产品结构简单,适宜于蔬菜,瓜果和花卉等定株作物的 滴灌[4].程先军等设计了一种抗负压的地下专用滴头并 进行了初步的田间试验l_5].范永申等针对微压灌溉设计 了一种结构简单的灌水器,其具体做法是直接在毛管上 挖孔,然后在外部罩上一内壁附有弹性海绵体的外套. 该种灌水器具有工作压力低,维护方便和价格低廉等特 点].吕谋超等采用压边的3个平行直流道进行三级消 能,设计了一种双壁滴灌带.该产品制造工艺简单且成 收稿日期:2005—11—15修订日期:2006—05—11 基金项目:863重大专项节水产品快速制造技术 (2002AA6Z3083)}浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放 基金(GZKF--2004003)}武汉大学水资源与水电工程国家重点实验 室开放基金(2004B014) 作者简介:魏青松(1975一),男,湖北红安人,博士生,主要从事节水 产品快速开发研究.武汉华中科技大学材料学院,430074. Email:wqs—xn@163,com 本较低,容易推广应用].这些新型灌水器的成功研制 一 定程度上丰富了中国滴灌产品的种类,部分缓解了现 有产品难以适应中国微灌需求的矛盾.本文在此基础 上,设计了一种大田滴灌用滴灌带,运用水力学理论,流 动模拟和快速原形试验研究其新式绕流流道的水力性 能,并在实验室里完成了流道的结构定型. 1材料与方法 1.1绕流流道水力估算 本文涉及一种内镶片式灌水器,其三维结构如图1 所示.该灌水器由筛网进水口,绕流流道(图2)和出水 槽3部分组成,其中绕流流道包括流道尖角(.),流道 宽a(ram),流道深b(mm),流道单元宽f(ram),流道长 (ram)和毛管内径R(ram)共6个结构参数.图3列示 了该流道中3种主要的水流流态,分别为分支流,汇流 和急弯流(:30.).根据水力学原理,该3种结构的局 部阻力系数分别为1.0,1.5和2.7[8].图2所示的绕流 流道共包括1O个分支流,1O个汇流和2O个急弯流.由 能量损失叠加原理,该流道中水流的能量损失可表示为

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