卷盤噴灌機(jī)螺旋輸水盤管二次流特性與流動阻力數(shù)值模擬.pdf

1、本文在江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計劃項目“低能耗自動卷盤式智能農(nóng)業(yè)灌溉裝備研究與開發(fā)”(BE2012385)的資助下開展工作。
　　 我國農(nóng)業(yè)噴灌裝備主要以大型圓形噴灌機(jī)和中型卷盤式噴灌機(jī)為主流設(shè)備，輕小型噴灌機(jī)為補(bǔ)充設(shè)備。卷盤式噴灌機(jī)自動化程度高，單位面積的設(shè)備投資低，不僅適合灌溉小麥、玉米、大豆、蔬菜等大田作物，也能適應(yīng)小地塊作業(yè)，是最好的灌溉裝備之一。但由于螺旋輸水盤管流動阻力損失和驅(qū)動卷盤轉(zhuǎn)動的能量轉(zhuǎn)換損失較大，使卷盤噴灌機(jī)的能

2、耗比其他噴灌裝備大，其中，螺旋輸水盤管的損失占整機(jī)能耗的20％左右。而由于卷盤噴灌機(jī)螺旋輸水盤管彎曲半徑大，湍流程度高和內(nèi)部流動復(fù)雜等原因，其摩擦系數(shù)的計算及二次流特性等問題，長期以來一直未能解決。針對這種現(xiàn)狀，本文采用CFD數(shù)值模擬的方法，開展多方案模擬分析，研究了卷盤噴灌機(jī)螺旋盤管內(nèi)部流動特性，建立了摩擦系數(shù)計算公式，解決了長期以來卷盤噴灌機(jī)螺旋盤管流動阻力計算難的問題。主要創(chuàng)新研究有:
　　 1.發(fā)現(xiàn)了卷盤噴灌機(jī)螺旋盤管內(nèi)

3、二次渦新的變化特征。通過對34種參數(shù)的螺旋盤管在5種流量共計170個方案和1530個不同截面位置的二次流現(xiàn)象的CFD數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)所研究的螺旋盤管從較低雷諾數(shù)(Re＜861)的層流向湍流過渡過程中，二次渦位置隨雷諾數(shù)（流量）的增加，從接近上下對稱向45°對稱變化，但當(dāng)卷盤直徑減小時，向45°對稱轉(zhuǎn)變的流量會減小，而卷盤直徑增加時，向45°對稱轉(zhuǎn)變的流量也增加。在雷諾數(shù)較小的層流狀態(tài)，流線自內(nèi)側(cè)中心向外側(cè)運(yùn)動時，沿水平方向在外側(cè)的中心點(diǎn)形

4、成分流點(diǎn)，但在雷諾數(shù)稍大的層流區(qū)域，流線自內(nèi)側(cè)中心向外側(cè)運(yùn)動時，沿與水平成一定角度方向運(yùn)動至外側(cè)，并且沒有明顯的分流點(diǎn)。在湍流狀態(tài)，一圈的螺旋盤管內(nèi)二次流外側(cè)的渦呈現(xiàn)從出現(xiàn)到擴(kuò)散的不穩(wěn)定變化過程，且具有一定的周期性。
　　 2.首次建立了卷盤噴灌機(jī)摩擦系數(shù)的計算公式，解決了長期以來卷盤噴灌機(jī)螺旋盤管流動阻力計算難的問題。通過分析國外學(xué)者所建立的摩擦系數(shù)公式的構(gòu)造，并對8種參數(shù)螺旋盤管在45種流量共計360個方案數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的統(tǒng)計