迷宫式灌水器流道内水沙两相流研究

摘要

灌水器的堵塞是目前滴灌系统难以解决的瓶颈问题。因此，本文利用实验测试的方法对迷宫式灌水器内的堵塞性能进行了测试，同时利用了两相流理论对迷宫式灌水器内的水流流动特性和颗粒的运动特性进行了分析。本文首先利用实验方法对新疆天业集团生产的单侧压边迷宫滴灌带内的浑水流量过程及堵塞情况进行了测试，在此基础上分析了浑水中泥沙粒径、浑水含沙量、灌水器进口压力对灌水器流道堵塞发生的影响程度。结果表明，泥沙颗粒粒径是灌水器堵塞的主要因素，对灌水器的堵塞起着决定性作用，灌水器进口压力对灌水器的堵塞会产生一定的影响，而浑水含沙量的高低只是在堵塞发生后，影响灌水器被进一步乃至堵死的速度；同时对仿照单侧压边迷宫滴灌带制作的模型灌水器迷宫流道内的淤积现象、淤积部位、淤积过程、淤积量进行了测试，结果表明，泥沙在迷宫流道中的淤积表现为起始淤积单元的随机性和淤积部位的有规律性。另外，本实验中泥沙在流道的中间段和进出口段发生淤积的概率分别为18％和82％；迷宫灌水器中泥沙的沉积和普通管道中的泥沙的沉积现象有很大的差异，其特殊的边界条件可能使其中的水流在很小的速度时就能保持紊流状态，从而不出现泥沙在流道纵断面方向的沿程沉积现象。其次本文对单侧压边迷宫滴灌带流道内的液相流场和颗粒相运动进行了数值模拟分析。分析结果表明：该滴灌带迷宫流道的进出水口设计不合理，在进出口处存在“低速区”，泥沙容易在该处沉积，另外，迷宫流道的结构形式设计不合理，流道内存在“死角区”，且该区内存在涡旋，泥沙容易沉积，因此，有必要对此滴灌带迷宫流道进行优化改进，对优化后的滴灌带迷宫流道的液相流场和颗粒相运动进行了数值模拟分析，分析结果表明，优化后的迷宫流道“死角区”减小，颗粒的运动井然有序，颗粒之间的碰撞减少。因此，抗堵塞性能增强。另外，模拟分析了泥沙粒径、灌水器进口压力以及颗粒与壁面的碰撞条件对颗粒运动情况的影响。

目录

摘要

Abstract

主要符号表

1 绪论

1.1 概述

1.2 灌水器研究现状

1.3 流体颗粒两相流数值分析研究进展

1.4 灌水器研究目前存在的问题

1.5 本文的主要研究内容

2 迷宫灌水器堵塞性能试验研究

2.1 测试系统

2.2 滴灌带迷宫流道堵塞性能研究

2.3 滴灌带迷宫流道淤积特性研究

2.4 小结

3 迷宫灌水器流道内液相流场数值模拟分析

3.1 迷宫流道液相流动数学模型

3.2 迷宫流道内液相控制方程的离散和求解方法

3.3 滴灌带迷宫流道GAMBIT建模及液相流场数值模拟分析

3.4 小结

4 迷宫灌水器流道内颗粒相运动数值模拟分析及流道优化

4.1 两相流动的数学模型

4.2 颗粒运动的数学模型

4.3 滴灌带迷宫流道内颗粒运动数值模拟分析

4.4 滴灌带迷宫流道优化改进

4.5 小结

5 总结

5.1 研究总结

5.2 建议进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录