[发明专利]一种滴灌灌水器迷宫流道内流动的全场测试方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别涉及一种滴灌灌水器迷宫流道内流动的全场测试方法。

背景技术

灌水器的结构及其水力性能的优劣对滴灌系统灌水的均匀性、抗堵塞能力、系统寿命影响很大。要想设计出高抗堵塞性能的灌水器必须对其流道内流体流动的机理有一个较为全面的了解，因而进行灌水器流道内部的流动分析，实现流道内部流体流动的可视化，为灌水器流道优化设计提供有效的理论指导，已成为灌水器流道设计者的重要目标。由于灌水器流道狭窄且边界复杂，原型试验在技术(常规滴灌管带不透明)和经济上都比较困难，常规手段难以满足流场测试要求，因而进行该领域的实验研究受到了很大的限制，特别是一种新型灌水器流道的研发，由于设计理论的不完善，往往需要进行多次模型试验和反复修改设计，从而导致设计开发周期长，投资较高。

滴灌的灌溉水源通常都是天然水，其中存在大量的悬浮微粒。虽然利用各种工程措施可以有效地控制悬浮微粒含量，但不可能将其完全清除，粒径较小的部分颗粒必然会进入滴灌系统，因而灌水器流道内为典型的颗粒流体系统，流态为瞬态粘性不可压缩固-液两相湍流，王文娥等、芦刚等、魏正英等分别利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟的方法研究了灌水器迷宫流道内两相流动特征，但相关的数值模拟方法还缺乏实验数据去验证和支撑。实验研究是了解基本流动过程、为理论分析提供依据和发展相应的数值模拟方法的主要途径。李云开利用粒子图像测速DPIV(Digital Partical ImageVelocimetry，DPIV)技术可视化了灌水器流道内部单相水流流动的全场信息，魏正英和喻黎明等利用粒子跟踪技术研究了不同粒径颗粒在灌水器中的流动过程。但总体而言，对于灌水器流道内部单相流和固-液两相流动特征的测试研究还仅限于局部流道，同时也仅实现了二维平面测试，还未见灌水器原型流道内部单相流和固-液两相流动的全场测试结果报道。基于此，本发明拟将提出一种滴灌灌水器迷宫流道内单相和固-液两相流动的准三维全场测试方法。

总体而言，目前国内外还未见滴灌灌水器迷宫流道内流动的三维全场测试方法报道的主要原因在于：

(1)由于灌水器的复杂性与不透明性，导致灌水器流动测试的原型试验在技术和经济上都比较困难，常规手段难以满足流场测试要求，因而进行该领域的实验研究受到了很大的限制。部分学者以李云开等提出的灌水器透明平面模型，实现了灌水器流道内流动特征的二维全场测试，流场速度分布图也仅是流道深度方向的俯视效果。但由于模型设计所限，难以实现灌水器流道内垂直剖面的水流和颗粒物分布特征报道。因而，要实现灌水器流道内部流体流动的多角度全场测试，必须寻求新的灌水器透明模型构建方法；

(2)灌水器迷宫流道尺寸一般在0.5-1.2mm之间，齿尖距通常在3.0-5.0mm之间，采用常规的DPIV系统测试，会存在因拍摄区域过大而导致图像质量较差的结果出现，从而影响测试精度的准确性；当采用Micro-DPIV系统进行测试时，因拍摄的区域过小(齿尖附近0.5mm×0.5mm)，导致流道流动的全场特征无法显示。因而，如何实现图像分辨率和拍摄区域的协调发展是目前急需解决的问题；

(3)由于模型材料的透明性和机械加工过程中对材料平整度的改变等干扰，在进行DPIV测试过程中出现噪声，从而影响流速测量精度。因而，如何解决DPIV测试图像的噪声干扰问题也是提高流动测试精度的关键之一。

本发明就是在系统地解决上述问题的基础上，提出一种滴灌灌水器迷宫流道内单相和固-液两相流动的全场准三维测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种滴灌灌水器迷宫流道内流动的全场测试方法，其特征在于，将灌水器迷宫流道内流体流动视为典型的稳态粘性不可压缩流动，忽略水滴滴落过程引起的水击对灌水器出流的影响；首先设计新型灌水器透明模型，以示踪荧光粒子为基础，借助DPIV系统，借助示踪粒子的跟随运动表征水流运动行为；利用激光束照明流场，使用CCD相机连续拍摄流场照片，对连续两帧粒子图像进行相关计算，从而得到流场一个切面内各点的速度流场特性参数；具体包括：