迷宮灌水器旋渦區(qū)特性及其影響因素分析.pdf

1、我國是全球水資源最為匱乏的十三個國家之一。目前我國人口增長與經(jīng)濟社會發(fā)展已因水資源缺乏受到了嚴重的制約。同時，我國水資源利用率較低的現(xiàn)象普遍存在，尤其在農(nóng)業(yè)用水上更加突出。為改變現(xiàn)狀，國家在十二五規(guī)劃將大面積推廣節(jié)水灌溉，發(fā)展節(jié)水灌溉技術作為農(nóng)業(yè)投資的重點。滴灌作為目前行之有效的節(jié)水灌溉技術，其具有水的利用率高、灌溉均勻度好的特點。滴灌灌水器是滴灌系統(tǒng)的核心部分，是消能的主要部位。由于滴灌灌水器結構精細，尺寸微小，迷宮流道內(nèi)易發(fā)生堵塞現(xiàn)

2、象影響滴灌系統(tǒng)的灌溉均勻度，甚至導致滴灌系統(tǒng)的報廢。堵塞現(xiàn)象主要是從迷宮流道內(nèi)旋渦區(qū)開始的，目前對于迷宮流道內(nèi)旋渦區(qū)缺乏系統(tǒng)性的研究。
　　本文作為山西省自然科學基金項目“滴灌迷宮灌水器中水沙兩相流研究”(2008011054)的后續(xù)研究內(nèi)容，以矩形迷宮灌水器為研究對象，通過FLUENT軟件模擬了流道內(nèi)水流流動情況，得到了速度矢量圖、速度等值線圖、壓力分布、切向速度分布圖等，通過TECPLOT軟件處理，得到了旋渦區(qū)面積、旋渦區(qū)中心

3、點位置、旋渦區(qū)及主流區(qū)流速分布、旋渦區(qū)渦旋強度、旋渦區(qū)內(nèi)壓力分布等旋渦區(qū)內(nèi)特性指標。并分析了流動發(fā)展與流量對于旋渦區(qū)各特性指標的影響，并得到了如下結論:
　　1)矩形迷宮灌水器流道內(nèi)水流可分為速度較大的主流區(qū)，位于邊壁處的旋渦區(qū)和位于拐角處的小渦區(qū)。隨著流量的增大各區(qū)域流速均增大，流線也更加密集。流道內(nèi)小渦區(qū)的數(shù)量隨著流量的增大而逐漸減少。流道內(nèi)迎水面的小渦區(qū)要明顯比背水面的小渦區(qū)大。
　　2)隨著流動的發(fā)展，旋渦區(qū)面積在進

4、口處較大，之后基本不變。旋渦區(qū)中心位置偏移量較小，在流動方向上的偏移量相較于法線上的偏移量較大。旋渦中心位于零速區(qū)內(nèi)，表明流動的發(fā)展對于旋渦區(qū)零速區(qū)的影響較小;迷宮灌水器內(nèi)流量變化對旋渦區(qū)水流流動形態(tài)沒有影響。但隨著流量的增大，旋渦區(qū)面積也增大，同時旋渦中心點位置偏向灌水器壁面并向流道下游移動，且偏移量較明顯。流量的增加無法改變旋渦區(qū)中心水流流速幾乎為零的現(xiàn)象，不能從根本上消除堵塞的產(chǎn)生。
　　3)隨著流動的發(fā)展，旋渦區(qū)內(nèi)各點壓力

5、值均減小，壓差變化趨勢也相同，即邊界到漩渦中心壓差均大于固壁到旋渦區(qū)中心壓差。旋渦區(qū)內(nèi)壓力由旋渦區(qū)邊界向中心降低速度較快，至旋渦中心降至最低;隨著流量的增大，旋渦區(qū)各壓差均增大，表明適當增大流量可以提高矩形迷宮灌水器內(nèi)旋渦區(qū)的消能作用。且流量的增大對于旋渦區(qū)的消能作用提升較明顯。
　　4)泥沙顆粒在矩形迷宮灌水器進出口段相較于中間段發(fā)生堵塞概率更高的現(xiàn)象可能由于泥沙顆粒在流道進口時跟隨速度最大易在流道進口處與邊界流速相同，泥沙顆粒

6、就易在此進入旋渦區(qū)，此處渦旋強度與流道內(nèi)其他旋渦區(qū)相比來說較大，但相差幅度不大即對于泥沙顆粒增加的離心力也是有限的。當離心力不足以讓泥沙顆粒重新進入流道，就會在旋渦區(qū)發(fā)生無休止的渦旋運動，甚至進入旋渦區(qū)內(nèi)的零速區(qū)，引起流道的堵塞。泥沙顆粒在流道內(nèi)隨著水流運動時，其顆粒跟隨速度逐漸減少，經(jīng)過一定單元后其跟隨速度再次與旋渦區(qū)邊界流速達到一致，從而進入旋渦區(qū)，而渦旋強度隨著流動發(fā)展而逐漸減小，渦旋運動的減弱同時引起泥沙顆粒的離心力的減小。此時