迷宮灌水器水力特性及抗堵塞性研究.pdf

1、在當(dāng)前諸多的管灌、噴灌、滴管等節(jié)水型灌溉技術(shù)中，滴灌是水利用率最高、最為節(jié)水的一種節(jié)水灌溉技術(shù)。灌水器是滴灌的關(guān)鍵部件，其性能的好壞在很大程度上決定了滴灌質(zhì)量的高低。
　　 目前滴灌系統(tǒng)運(yùn)行中最大、也是最難解決的問題是灌水器的堵塞問題，而灌水器的抗堵塞性是滴灌系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行的基本保證。因此，本文對迷宮灌水器的水力特性、水流流態(tài)與抗堵塞性進(jìn)行研究。對迷宮灌水器水力特性進(jìn)行研究，可以改善灌水器的水力特性，從而不僅可以有效地防止灌

2、水器被堵塞，而且還可提高滴灌系統(tǒng)的灌水質(zhì)量。
　　 本文結(jié)合山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目《滴灌迷宮灌水器中水沙兩相流研究》(2008011054)，在對滴灌灌水器發(fā)展及研究成果進(jìn)行較為詳盡綜述的基礎(chǔ)上，以新疆天業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的單側(cè)壓邊迷宮式薄壁滴灌帶(TYT16/2-60)所用迷宮灌水器為主，通過數(shù)值模擬與試驗(yàn)手段對其水力特性與抗堵塞性進(jìn)行了研究。主要完成的工作有：
　　 1)通過試驗(yàn)得到了灌水器設(shè)計(jì)流量分別為2.1L/h(2.1

3、型)與3.2L/h(3.2型)兩種規(guī)格的實(shí)際薄壁滴灌帶所用迷宮灌水器以及模型迷宮灌水器的壓力～流量關(guān)系曲線，從而得到了三種迷宮灌水器的流量系數(shù)與流態(tài)指數(shù)。
　　 2)通過數(shù)值模擬得到了上述模型迷宮灌水器的壓力～流量關(guān)系曲線及其流量系數(shù)與流態(tài)指數(shù)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　 3)對5種流道尺寸的迷宮灌水器模型中水流流態(tài)及其相互轉(zhuǎn)換的臨界雷諾數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)與分析；
　　 4)通過數(shù)值模擬得到了模型迷宮灌水器內(nèi)水流流

4、場與等流速線以及水流流速與紊動能分布及其沿程變化過程。
　　 5)對灌水器流態(tài)指數(shù)與水流流態(tài)的關(guān)系以及灌水器流道斷面形狀對其水力性能的影響進(jìn)行了理論與數(shù)值模擬分析；
　　 6)通過試驗(yàn)觀測了模型迷宮灌水器內(nèi)泥沙的淤積現(xiàn)象，并測試了泥沙在迷宮灌水器內(nèi)的淤積部位與淤積過程。
　　 7)通過試驗(yàn)測試了含不同泥沙粒徑、不同含沙量的渾水，在不同的灌水器進(jìn)口壓力下，通過2.1型單側(cè)壓邊迷宮式薄壁滴灌帶與模型迷宮灌水器時(shí)渾水流

5、量隨時(shí)間的變化過程。
　　 8)分析了泥沙粒徑、渾水含沙量、灌水器進(jìn)口壓力以及灌水器的兩種放置方式等對迷宮灌水器堵塞的影響程度。
　　 通過對數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)成果的分析，得出了以下主要結(jié)論：
　　 1)迷宮灌水器迷宮單元內(nèi)水流流速分布沿程的不斷變化，使迷宮流道具有較強(qiáng)的消能作用，從而使水流經(jīng)過迷宮灌水器后變?yōu)榈瘟鳡顟B(tài)?？梢酝ㄟ^改變迷宮灌水器流道的型式來加強(qiáng)其中水流流速分布沿程變化的劇烈程度，從而增加迷宮流道的消

6、能效果。灌水器消能效果增加則可以使其流道斷面面積增大或減小流道長度，從而提高灌水器的抗堵塞性能，同時(shí)迷宮流道長度的減小還會提高滴灌的灌溉均勻度。
　　 2)水流在迷宮灌水器流道內(nèi)存在“低速區(qū)”與“漩渦區(qū)”，但灌水器的堵塞究竟是源于水流的“低速區(qū)”還是“漩渦區(qū)”以及它們之間的關(guān)系如何等問題還有待于進(jìn)一步研究。
　　 3)迷宮灌水器不斷轉(zhuǎn)折的流道對水流有很大的干擾，可以使其中水流在較小雷諾數(shù)時(shí)就失去穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌?br>　

7、　 4)迷宮流道內(nèi)進(jìn)口段迷宮單元中可能出現(xiàn)層流，出現(xiàn)層流的迷宮單元數(shù)占總迷宮單元數(shù)的比例為10％～12％。從整體來看，可認(rèn)為迷宮灌水器中水流流態(tài)為紊流或過渡區(qū)。
　　 5)與經(jīng)典雷諾試驗(yàn)結(jié)果不同，迷宮流道中水流水頭損失與斷面平均流速的2.0～2.5次方成比例。
　　 6)本文試驗(yàn)迷宮流道中水流過渡區(qū)與紊流區(qū)相互轉(zhuǎn)換的臨界雷諾數(shù)為87.5～125.0。
　　 7)對非機(jī)械式補(bǔ)償性迷宮灌水器，當(dāng)其中水流為完全紊流時(shí)

8、，其流態(tài)指數(shù)可以達(dá)到0.5以下；
　　 8)迷宮灌水器流量系數(shù)及流態(tài)指數(shù)均與流道斷面濕周呈正相關(guān)，濕周越大，灌水器流量對壓力的敏感程度越高；
　　 9)理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果均標(biāo)明，流道過水?dāng)嗝婷娣e相同時(shí)，斷面形狀為正方形的迷宮灌水器其水力性能要優(yōu)于斷面形狀為長方形的灌水器。
　　 10)在泥沙粒徑、渾水含沙量及灌水器進(jìn)口壓力等因素中，泥沙粒徑的大小是造成灌水器堵塞的主要因素；其次是灌水器進(jìn)口壓力，較小的灌水器進(jìn)

9、口壓力可以減少灌水器被堵塞的概率；渾水中含沙量的多少對灌水器堵塞沒有明顯的影響，只是在堵塞發(fā)生后，會影響灌水器被進(jìn)一步堵塞及直至被堵死的速度。
　　 11)泥沙在迷宮灌水器中的淤積現(xiàn)象與在一般長直管道中的淤積現(xiàn)象不同，泥沙在迷宮灌水器中的淤積是一個(gè)在某個(gè)斷面突然而在整個(gè)流道內(nèi)逐步發(fā)展的過程，而且總是充滿流道的整個(gè)橫斷面。
　　 12)泥沙在灌水器中的淤積除了具有一定的隨機(jī)性外，也有一定的規(guī)律性，具體表現(xiàn)為灌水器起始淤積單