齿形迷宫流道结构设计与性能试验研究

节水中心2009届硕士研究生常莹华，在导师牛文全副研究员的指导下，经过三年努力完成了齿形迷宫流道结构设计与性能试验研究。

研究方向：节水灌溉新技术

摘  要

灌水器是滴灌系统的关键部件，其质量和性能的好坏直接影响到滴灌系统的正常运行和使用寿命。灌水器的性能与其结构特性密切相关。本文通过数值模拟与试验相结合的方法，对齿形迷宫流道灌水器结构参数对水力性能、抗堵塞性能以及消能效果的影响等方面进行了研究。文中分析了直线段组成灌水器的结构形式，确定了齿宽a、齿底距b、齿高h、齿尖角θ1、齿底角θ2、θ3，齿尖参差j等7个结构控制参数。改变部分参数，确定了6种基本流道结构，得出以下主要结论：

（1）齿尖参差j为0时，锯齿形流道设计应该选取齿宽a、齿底距b、齿高h为结构控制参数。

（2）齿宽和齿底距均与流量系数及流态指数呈正相关，且齿宽较齿底距的影响更显著；当齿宽a<0.5mm时，齿高与流量系数和流态指数呈正相关关系，a>0.5mm时，齿高与流量系数和流态指数呈负相关关系。

（3）当粒子速度在0.5m/s以下时，粒子易在齿底处进入旋涡，大于此速度时，则易进入主流区并被带出流道。齿底距或者齿高单独增大时，可降低粒子在流道中的停留时间与进入旋涡区的几率，有利于提高灌水器的抗堵塞性能。

（4）随着流道长度的增加，流量与流量系数均逐渐减小。流态指数随着流道长度的增大有所减小，但变化不显著。

流道内水头损失主要为局部水头损失，a/2h值对流道消能的影响最显著，a/2h越大，消能效果越差，流量越大，a/2h值越小，消能效果越好，流量越小。

（5）在灌水器设计时，可通过增加齿宽或者齿高达到增大流量系数的目的；可通过减小齿宽、齿底距，或者当齿宽较大时，通过增大齿高，达到减小流态指数，提高灌水器的水力性能的目的。通过调节以上三个参数，选择截面面积较大，消能效果较好的尺寸组合，提高水力性能和抗堵塞性能。