[发明专利]一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业灌溉经常使用的滴灌灌水器的设计方法，特别涉及一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法。

背景技术

滴灌灌水器是滴灌系统的核心部件，灌水器的水力性能与抗堵塞能力直接决定了滴灌工程的灌溉质量与系统寿命，因此合理设计滴灌灌水器，提高其抗堵塞能力与水力性能对改善滴灌系统性能，提高系统使用寿命，降低系统成本都具有重要的意义。目前滴灌灌水器的流道结构形式常采用迷宫结构形式，该结构生产的滴灌灌水器水力性能和抗堵塞能力是一对矛盾，当水力性能达到一定程度时，必然导致其抗堵塞能力下降，反之依然。科学的灌水器结构设计方法是在保证一定水力性能的基础上，完善结构参数设计，使其抗堵塞能力达到最大化，或者在保证一定抗堵塞能力的基础上，实现水力性能的最大化。为了提高滴灌系统的抗堵塞能力，目前采用的方法为：

方法一，提高过滤装置的过滤能力。该方法是通过网式、叠片式或者离心式等过滤装置过滤水中的固体物质，减少进入灌水器中固体颗粒。这些过滤装置是目前滴灌系统的必备装置，但其过滤能力只能保证在一定范围内，不可能完全消除水中的固体颗粒。另外，随着这些过滤装置过滤能力的提高，必然导致水头损失的急剧升高，灌溉成本(设备投资与运行费用)也急剧升高。因此，该方法是必须的，但不是唯一的，也无法根本解决系统堵塞问题。

方法二，研制特殊材料与结构的灌水器，如日本、埃及等提出了用陶瓷材料制造专门滴头，使水流渗入土壤，基本排除了颗粒堵塞与负压吸泥堵塞等现象。但该装置体积庞大，安装使用非常烦琐，使用范围非常小(只能适用于果树灌溉或者单株作物灌溉)，不宜生产、运输与安装。

方法三，在滴头上加装附加设备，以提高水流的紊动或者增加过滤能力。例如，已经公开的中国专利“利用波动防止滴头堵塞的方法及波动防堵滴头”(申请号：98110554.8)，“多变量抗堵塞滴头”(申请号：200810017757.6)等通过安装水流波动或者滴头套过滤装置来提高抗堵塞能力。这些技术方案的缺点是增加了专门的装置，造成成本的增加，而且，这些滴头的结构复杂，也不利于在目前的滴灌企业生产线生产，产品安装使用也非常不方便。

方法四，人为缩短系统设计寿命，降低堵塞的影响。该方法必然提高了滴灌带的更新频率，导致劳动力与经费的浪费，也对农田环境造成更大的污染压力。

为了提高滴灌工程的抗堵塞能力，延长系统寿命，其根本方法应该是综合考虑过滤装置和灌水器抗堵塞能力，以及系统的设计寿命。而灌水器本身的抗堵塞能力是解决问题的关键。为此，我国有关学者提出了消除流道内旋涡区的流道设计方法以及弧形流道结构形式的灌水器，这些方法在提高灌水器抗堵塞能力的同时，一定程度上降低了灌水器的水力性能，不是最科学的灌水器抗堵塞设计方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法，该方法利用CFD模拟灌水器流道内含沙量分布，并以较小含沙量等值线作为流道的新边界线，进一步重新进行流道结构设计，该方法设计的灌水器可有效提高固体颗粒在流道内分布的均匀程度，大幅度提高灌水器的抗堵塞能力。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法，其特征在于，包括下列步骤：

第一步，按照常规灌水器迷宫结构图样设计出整个灌水器的流道和流道边界线；

第二步，采用通用绘图软件，或者CFD数值模拟FLUENT软件GamBit模块，绘制流道初始结构，并把绘制好的流道初始结构导入FLUENT软件的GamBit模块进行网格划分，然后在计算模块中选择数学模型，最后进行数值模拟，绘制流道内的含沙量等值线图；

所述的数学模型包括：模拟迷宫流道内含沙量分布的Eulerian多相流模型，模拟水力性能的RNG-ε湍流模型，确定数值模拟的边界条件，给定平均含沙量、进口工作压力和出口压力；

第三步，在含沙量等值线图中选择靠近流道边界线且含沙量较小的等值线作为新的流道边界线，构成新的灌水器流道结构形状；在选择较小含沙量等值线时，尽量选择连续贯通整个流道的等值线，当有多条含沙量等值线连续贯通整个流道时，可以任选择一条当作较小含沙量等值线；