模拟结构参数的影响在文丘里管的水力性能

文摘

文丘里结构参数对其水力性能的影响进行了研究,这为文丘里喷射器的设计提供了理论依据。入口直径50毫米,基于计算流体动力学(CFD)的方法,结构参数的影响(如喉咙锥度,喉咙收缩比,和喉咙长度)的水力性能(如出口在上雕琢平面的平均速度、最小压力,和临界压力),研究了在不同入口压力和压力进口和出口之间的区别。之间存在幂函数关系出口部分的平均速度和压差,用一个近似流立场指数为0.53。最低压力发生在喉咙口壁有一个线性关系的最低压力和压差在进口和出口处标。喉咙收缩比的主要因素是文丘里喷射器性能的影响,这是与出口速度呈正相关,消极的临界压力,最小管压力,局部水头损失系数和肥料的吸收比率。设计文丘里喷射器,收缩比应该合理选择根据局部水头损失系数和肥料的吸收比率。

1。介绍

滴灌是一个当地的灌溉控制。在灌溉、化肥混合水送到作物根区,这不仅节省肥料和大量的劳动,而且可以提高肥料利用效率和减少生产成本。施肥装置是滴灌系统的主要设备之一。目前,常见的应用对施肥装置包括压力差施肥机,肥料抽水机,文丘里喷射器(1- - - - - -3]。

由于其结构简单、操作方便、文丘里喷射器具有广泛应用于农业生产。因此,喷油器的结构参数的影响,对其水力性能进行了研究,这是很重要的改进和提高其工作性能(4]。由侯(两部分研究了文丘里管5),沙和侯6盛],[7),和太阳和吴8,文丘里管的结构参数确定。李等人。9和金等。10调查了喉咙压力之间的关系,前后压差,平行文丘里管和设计参数,还建议参数的最优选择平行文丘里管的前方和后方的倾向。陈等人。11和王et al。12)采用CFD确定文丘里涂药器的结构参数之间的关系及其施肥性能和暗示,当进口压力和槽的位置保持不变,文丘里喷射器的吸力将增加与喉部直径的减少和收缩段的长度,和槽直径的增加。然而,很少有研究报道针对文丘里结构参数对其受精性能的影响,并没有理论信息风险喷油器的设计更好的受精性能和低水头损失。

本研究的目的是确定结构参数的影响的文丘里管水力性能基于CFD的方法。本研究结果可以提供更好的文丘里喷射器的设计理论依据和可能表明一个更广泛的选择为进一步研究风险结构参数对水力性能的影响。

2。方法和材料

2.1。物理模型和参数

在文丘里喷射器的结构关系图,进口和出口直径(毫米)进口和出口的长度(毫米),是收缩长度(毫米)是喉咙长度(毫米)扩张的长度(毫米),喉部直径(毫米)半径不同入口和喉咙(毫米)α是收缩比率(rad),β扩张角(°)(图1)。

文丘里喷射器的结构参数(表1),喉咙收缩系数()是喉径和入口直径之间的比例,即;喉咙长径比()是喉咙长度和喉径之间的比例,即。基于析因实验设计表的结构参数1,总共36治疗。模拟在不同入口压力和压力进行进口和出口之间的区别。入口压力是100,150,200,250,和300 kPa,分别和出口压力如表所示2。

2.2。数学模型

水流在文丘里喷射器可以被视为不可压缩,稳定流动,这是符合质量和动量守恒定律。因此,基本方程包括连续性方程(1)和navier - stokes方程(2) 在哪里,,(米/秒)意味着流量组件,,方向,分别 在哪里(s)是时间,(米/秒)是速度矢量,(公斤/米³)是水的密度,(Pa)是流体的压力小的身体,(Pa·s)是动态粘度系数的水,,,意味着组件的力在单位体积的质量,,,分别。当质量力只有重力和轴是垂直的,然后是,,。

根据微尺度理论和实验研究中,过渡雷诺数小范围小于宏观尺度的。流道弯曲和变量时,除了在靠近墙的一部分,其他的是湍流流动。因此,标准的- - - - - -ε湍流模型用于数值模拟。在- - - - - -ε湍流模型、湍流动能,耗散率ε。

2.3。啮合

CFD软件FLUENT6.2用于仿真分析。在这个软件,微分方程可以简化为代数方程通过有限体积方法,一阶逆风差分格式的计算。简单的算法用于计算noncoupling压力率的离散方程。第二次迭代收敛标准残差的相邻的因变量。建立了二维模型使用AutoCAD, GAMBIT2.2.30网格,每个部分设置完全结构化六面体网格1毫米直径,大约30000个网格生成。

3所示。结果和讨论

3.1。压差和出口截面的平均速度

根据数值模拟,流中的分布和压力得到了文丘里喷射器、出口速度和最小管压力可以计算。压差之间的关系和放电速度出口可以表示如下: 在哪里(m / s)的速度在横截面,速度系数,(kPa)是进口和出口的压力差是流动指数的立场。

回归分析进行了36显示仿真结果(3),并给出了回归系数表3。

如表所示3结构参数的不同组合,文丘里管流动指数,约为0.53,相对稳定。这是符合标准的流在microirrigation发射器歧视模式表明流湍流。此外,索引结构参数对流动影响很小的立场而他们对速度系数的影响更大。

3.2。压差和最小管压力

模拟表明,最小管压力总是发生在收缩段的结,文丘里喷射器(图的喉咙2)。

在给定的入口压力、最小管压力的增加会减少进口和出口之间的压力差。例如,当入口压力是100 kPa和进口和出口之间的压力差从10增加到60 kPa,治疗M1的最小管压力会减少从62−146 kPa。进口和出口之间的压力差时,最小管压力与进口压力的增加会增加,以及提出的定量关系如下: 在哪里,(kPa)是不同的进气压力,,相对应的最小管压力吗和,分别。以治疗M1为例,当压差是60 kPa,进气压力增加序列从100 kPa, 150 kPa, 200 kPa 300 kPa,最小管压力将−146 kPa, 96 kPa−−46 kPa,序列和54 kPa,相同的振幅随着进气压力增加。

通过一个转换的最小管压力根据(4),最小管压力在不同压力不同入口压力300 kPa获得(图3),并根据以下方程进行回归分析5)。回归系数是显示在表4 在哪里(kPa)最小管的压力,压差系数,(kPa)是最理想的压力,(kPa)是进口和出口之间的压力差。

相关的所有压力差异和最小压力交叉(图3)。当入口压力是300 kPa和进口和出口之间的压力差是0,最低312.6 kPa管压力。当管中液体的理想液体(理想液体既没有壁摩擦,也没有粘性力),进口和出口之间的压力差是0,液体保持统一的线性运动,运动只有发生动能和势能的转换,同时与环境没有能量交换。在这种理想状态,最大压力管是312.6 kPa。根据(4)和(5),可以获得以下表达式: 在哪里,(kPa)是理想的压力对应的进口压力,,分别。

因此,最小管压力可以计算使用以下表达式: 在哪里(kPa)是最理想的压力入口压力下0 kPa,和(kPa)是进口压力。

3.3。结构参数对临界压力差的影响

结构参数对微压有很大的影响,文丘里喷射器流量(出口截面的平均速度)。通过统计分析,主要结构参数影响流动主要包括喉咙收缩比,喉咙锥度,喉咙直径、长度收缩,收缩比、扩张,和喉咙的长度。喉咙收缩比的影响,喉咙锥度,喉径液压性能更重要。

当入口压力是决定性和最小管压力是0,进口和出口之间的压力差可以根据获得的(7)。当压差大于,最低管压力是负面的;否则,最小管压力是正面的。在这项研究中,被定义为关键的进口和出口之间的压力差和可以计算如下: 在哪里(kPa)是至关重要的进口和出口之间的压力差。

当入口压力是300 kPa,因此计算(8)。喉咙收缩比的影响进行分析,拟合曲线如图4。

如图4喉咙收缩比决心时,临界压力的增加会增加收缩锥(不干净)。所以文丘里喷射器应该获得最佳负压设计,当喉咙收缩比是决定性的;喉咙锥度应适当缩短少得到在最佳负压水头损失和最优施肥效果。收缩系数确定时,之间的负相关和收缩比例了。也就是说,当进口压力和其他结构参数保持不变,负压是更容易获得在喉咙口。与喉咙收缩比的增加,减少会慢下来。建议设计文丘里喷射器、收缩系数是合理的选择,不能太小。

3.4。结构参数对出口速度的影响

进口压力决心时,流速主要是由喉咙收缩比和收缩锥,但喉咙收缩比是更有影响力。是显示在表3,流动指数的回归值在不同的治疗一直约0.53。也就是说,结构参数对流量的影响对流速的影响系数。喉咙收缩比的影响和收缩锥流速系数进行了全面分析,相关曲线之间的流速喉咙紧缩配给和收缩锥映射(图5)。

速度系数倾向于下降喉咙锥度的增加,但变化会逐渐慢下来(图5)。速度系数显示倾向于增加喉咙收缩比的增加,趋势会逐渐加快。因此,文丘里喷射器的局部水头损失将增加与喉咙锥度或喉咙收缩比的增加,而出口截面的平均速度将减少。基于回归分析,速度系数的方程与直径50毫米是如下:

3.5。文丘里结构参数对最小压力管

文丘里结构参数的影响在最低压力对压差的影响系数。通过统计分析,喉咙收缩比和收缩的影响最低压力锥是更重要的比其他结构参数的影响。结果显示在表中4,喉咙收缩比的影响在压差系数和收缩锥进行了分析,相关曲线的喉咙收缩比和收缩锥(图成立6)。

如图6,及其收缩锥显示正相关,这表明,收缩锥大大影响压力分布。为了获得最佳的负压、喉咙锥度应适当增加。之间的负相关证明和喉咙收缩比,与喉咙收缩比的增加,减少和降低会慢下来。也就是说,进口和出口直径保持不变时,和其他结构参数保持不变,绝对最低压力与管直径的增加会增加喉咙。当喉咙收缩系数≤0.5,如果喉径太小,喉咙会太大的流速,从而容易导致蒸发,不利于产生负压。因此,应适当增加喉径产生有效的进气负压。也可以用以下方程:

3.6。结构参数对水头损失的影响和肥料的吸收比率

由于文丘里喷射器的小长度,可以忽略摩擦水头损失计算,和局部水头损失的计算公式如下: 在哪里(m)是局部水头损失,它代表的是进口和出口之间的压力差在这项研究中,(%)是局部水头损失系数,(米/秒)的平均流动速度是出口部分,和(9.8米²/ s)是重力加速度。

局部水头损失通过计算(11)。结果表明,文丘里喷射器的局部水头损失非常大。的价值测试是在2.25和13.27之间。当收缩系数是在0.25和0.50之间,的价值将下降迅速增加的吗,而其他结构参数几乎没有影响,所以它可以表示大约像这样。此外,还发现局部水头损失系数()与压差的增加下降,这可能是由于流型的变化。利用雷诺数分析流型管通过以下公式: 在哪里雷诺数(%),代表水的运动粘度系数(m²/ s),当温度是20°C,米²/ s。

的计算结果12)显示了雷诺数在14356 ~ 335643之间,所以它是动荡由于液压的标准。此外,雷诺数,水流内部的相互运动,相互运动造成的能量转换与压差增加,而能量转换的比例由流体和结构之间的函数将减少,这良好解释为什么局部水头损失与压差的增加减少。

人们普遍认为有效的文丘里喷射器应该小局部水头损失系数,但更大的肥料的吸收比(η)。驱动流量和最小压力管在本研究主要建立了管。因此,吸收的肥料量可以预测按照管水力学。假设有一个标准大气压力液体肥料表面,在文丘里管的距离是0.5米,肥料的吸收管的直径8毫米,不考虑局部水头损失,吸收的肥料量可以预测根据以下方程: 在哪里(m³/ s)吸收的肥料量,是不同的肥料吸收管出口和进口之间,这意味着距离与文丘里管液体肥料表面之间的区别。

结果表明,肥料可以稳定吸收收缩系数比(0.4或0.5),出口和进口之间的压差是80 kpa,然后呢η是0.5。然而,当收缩比率是小于0.3,可能吸收肥料稳定只有当出口和进口之间的压差是100 kpa。当出口和进口之间的压力差保持不变,η显示趋势与收缩比的增加减少。

图7显示收缩系数之间的相关性,局部水头损失,和肥料的吸收比,当压力出口和进口之间的区别是150 kPa,入口的压力是300 kPa。它可以发现局部水头损失系数和η会减少收缩比的增加。因此,喉径不能太大或太小当设计文丘里喷射器;它应该选择根据局部水头损失系数和喉咙部分的直径。喉咙长度对临界压力几乎没有影响,最低压力管和流动速度,与文献中的结果一致性。

4所示。结论

(1)这是证明了一个强大的关系意味着在出口截面速度和压强差,和立场流动指数约为0.53;速度系数主要受喉咙锥度和喉咙收缩比的影响。(2)最低压力发生在喉咙口壁,和最低的位置压力很少受到文丘里喷射器的打开位置和孔隙大小。存在完美的最低压力之间的线性关系,在进口和出口之间的压力差。确定当进气压力,压差和最小压力的曲线会穿过一个固定的点。点的坐标不受压力差在进口和出口处标。(3)结构参数影响液压文丘里喷射器的性能包括喉咙锥度,喉咙收缩比,喉咙长度和膨胀节锥。更重要的喉咙收缩比的影响被发现在参数受水力性能的影响。结果显示喉收缩系数之间的正相关和出口截面的平均速度,和喉咙之间负相关在管收缩系数和最小压力。(4)结果表明局部水头损失系数之间的负相关关系,吸收肥料比,和喉咙收缩比率。所以强烈建议在设计文丘里注射器时,收缩比应合理选择根据局部水头损失系数和吸收肥料比例。

确认

这项工作是中国共同支持的863计划(2011 aa100507)。

引用

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