文丘里施肥器的結構優化方法技術

本發明專利技術涉及一種文丘里施肥器的結構優化方法，其包括以下步驟：1)對模型文丘里施肥器運用計算流體動力學技術進行數值模擬建模仿真；2)確定文丘里施肥器需要優化的結構參數的范圍；3)建立以吸肥效率為綜合指標的文丘里施肥器吸肥性能評價模型；4)將需要優化的參數正交組合，利用計算流體動力學技術進行數值模擬仿真，并通過主元素分析方法確定文丘里施肥器的最佳結構參數組合：收縮段最小直徑Dt1、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、喉部長度L0、收縮段角度α、擴散段角度β；5)按照步驟4)確定的一組最佳結構參數加工成型，并進行性能測試。本發明專利技術可用于文丘里施肥器的結構參數優化設計，提高吸肥性能，還可進行吸肥效率的預測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種節水灌溉設備的結構優化方法，特別是關于一種。
技術介紹
微灌的灌溉水利用系數可達90%以上，因此“九五”以來微灌技術在我國得到了普及推廣，截止2009年全國微灌面積已 達1800萬畝，為落實2011年中央一號文件和中央水利工作會議精神，全國規劃發展節水灌溉工程面積約I. 95億畝，其中微灌4816萬畝，在全國范圍內大力發展節水灌溉的新一輪熱潮已經興起?，F代微灌技術可實現灌溉與施肥的一體化作業，因此需要在灌溉系統的壓力管道內注入肥料，常用的注肥裝置有壓差式施肥罐、文丘里施肥器和水動注肥泵等。文丘里施肥器因結構簡單、無運動部件、操作方便等特點，在日光溫室、拱形溫室等小規模微灌系統中得到廣泛應用。但文丘里施肥器吸肥過程中存在過流水頭損失大、臨界工作壓差高、吸肥流量易隨工作壓力而波動等缺點，導致文丘里施肥器的吸肥性能較低。文丘里施肥器利用文丘里管原理，隨著收縮段管徑的逐漸變小，其工作流體的速度逐漸增加、而壓力逐漸減少，直至在最小斷面即喉部附近出現負壓，在壓力差作用下，通過與喉部連接的吸肥軟管將提前配好的肥液吸入，并與工作流體混合后進入擴散段以及下游壓力管道?？梢?，文丘里施肥器的主要結構是文丘里管形狀，但影響吸肥性能的主要因素是文丘里施肥器的結構參數，包括收縮段收縮角、最小收縮管徑、擴散段擴散角、最小擴散管徑、喉部直徑、喉部長度、工作水進口段直徑、吸肥液進口段直徑、混合液出口段直徑等。文丘里施肥器的傳統設計方法是基于一維流體力學連續性方程、能量方程，建立了工作水臨界流量(剛開始吸肥時工況)、最大流量(喉部出現空化工況)時的解析計算公式，但忽略了水頭損失，計算值明顯偏大于實測值；或對于某種特定結構型號的文丘里施肥器，建立了工作水和吸肥流量與進出口壓力或壓力差之間的回歸模型。傳統設計方法或建立的公式計算精度較低或適用性較差。因此文丘里施肥器設計時結構參數的確定較隨意，缺乏科學、準確的計算模型來指導，其結果必定是對于某種吸肥性能要求的文丘里施肥器可能有很多個不同的設計方案，對于不同的設計者尤其是初始設計者，要確定一個最佳方案是很困難的，往往必須做大量的模型對比試驗，對各種設計方案進行篩選，導致產品開發周期長，成本高，而產品工作性能不一定保證能達到優化。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種能夠縮短開發周期，減少研發經費，并且在確保文丘里施肥器具備吸肥能力的基礎上，顯著提高吸肥性能的文丘里施肥器結構優化方法。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案一種，其包括以下步驟1)選擇作為模型施肥器的文丘里施肥器，根據該文丘里施肥器的十個結構參數工作水進口直徑D1、吸肥液進口直徑Dtl、混合液出口直徑D2、收縮段最小直徑Dtl、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、收縮段角度a、擴散段角度0和喉部長度U，對該文丘里施肥器運用計算流體動力學技術進行數值模擬建模仿真；2)工作水進口直徑D1、吸肥液進口直徑Dtl和混合液出口直徑D2由與該文丘里施肥器連接的管口直徑確定；因此，需要優化的結構參數為收縮段最小直徑Dtl、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、收縮段角度a、擴散段角度P和喉部長度Ltl;根據傳統的文丘里施肥器結構優化方法確定上述七個結構參數的范圍為=DtlZD1 = 0. 16 0. 4, Dt2ZD2 = 0. 18 0. 4，Dt2/Dtl = I. 0 I. 4, a =10。 16。，3 =4。 8。, L0/Dtl = 0. 6 I. 4, D0/L0 = I 3 ;3)以文丘里施肥器的最大吸肥效率作為考核該文丘里施肥器吸肥性能的評價指標；文丘里施肥器吸肥效率n的表達式為H= MXNX100%(I)權利要求1.一種，其包括以下步驟 1)選擇作為模型施肥器的文丘里施肥器，根據該文丘里施肥器的十個結構參數工作水進口直徑D1、吸肥液進口直徑Dtl、混合液出口直徑D2、收縮段最小直徑Dtl、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、收縮段角度α、擴散段角度β和喉部長度Ltl,對該文丘里施肥器運用計算流體動力學技術進行數值模擬建模仿真； 2)工作水進口直SD1、吸肥液進口直徑Dtl和混合液出口直徑D2由與該文丘里施肥器連接的管口直徑確定；因此，需要優化的結構參數為收縮段最小直徑Dtl、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、收縮段角度α、擴散段角度β和喉部長度Ltl ;根據傳統的文丘里施肥器結構優化方法確定上述七個結構參數的范圍為=DtlZD1 = O. 16 O. 4，Dt2/D2 = O. 18 O. 4，Dt2/Dtl = I. O I. 4，α = 10。 16。，β =4。 8。,L0/Dtl = O. 6 I.4，D0/L0 = I 3 ; 3)以文丘里施肥器的最大吸肥效率作為考核該文丘里施肥器吸肥性能的評價指標；文丘里施肥器吸肥效率Π的表達式為2.如權利要求I所述的，其特征在于所述步驟I)中，對文丘里施肥器運用計算流體動力學技術進行數值模擬建模仿真的具體方法為計算采用標準k- ε兩方程湍流模型，壁面按標準壁面函數處理，求解采用SMPLE算法，離散格式中的壓力項采用標準格式，擴散項采用二階中心差分格式，對流項應用二階迎風格式；采用結構化和非結構化網格相結合的混合網格對該模型文丘里施肥器進行網格劃分，對最小幾何尺寸的喉部附近采取加密處理；文丘里施肥器的進口截面均給定為速度進口條件；混合液出口截面采用壓力出口條件。3.如權利要求I或2所述的，其特征在于所述步驟I)中，收縮段和擴散段采用二段或二段以上變徑管段組合而成，與喉部相連處收縮角和擴散角最小，最大收縮角不超過35° ,最大擴散角不超過25°。4.一種采用如權利要求3所述的得到的優化文丘里施肥器，其特征在于收縮段和擴散段采用二段變徑組合，工作水進口直徑D1 = 16mm，吸肥液進口直徑Dtl = 9mm,混合液出口直徑D2 = 16mm,收縮段最小直徑Dtl = 4mm,擴散段最小直徑Dt2 = 5. 2mm,收縮段長度L1 = 15mm,擴散段長度L2 = 20mm,收縮段角度α = 13 ，擴散段角度β = 6 ，喉部長度Ltl = 4mm。全文摘要本專利技術涉及一種，其包括以下步驟1)對模型文丘里施肥器運用計算流體動力學技術進行數值模擬建模仿真；2)確定文丘里施肥器需要優化的結構參數的范圍；3)建立以吸肥效率為綜合指標的文丘里施肥器吸肥性能評價模型；4)將需要優化的參數正交組合，利用計算流體動力學技術進行數值模擬仿真，并通過主元素分析方法確定文丘里施肥器的最佳結構參數組合收縮段最小直徑Dt1、擴散段最小直徑Dt2、收縮段長度L1、擴散段長度L2、喉部長度L0、收縮段角度α、擴散段角度β；5)按照步驟4)確定的一組最佳結構參數加工成型，并進行性能測試。本專利技術可用于文丘里施肥器的結構參數優化設計，提高吸肥性能，還可進行吸肥效率的預測。文檔編號A01C23/00GK102630426SQ20121009473公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日專利技術者嚴海軍, 農克儉, 初曉一, 王敏, 陳燕, 馬開 申請人:本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴海軍，初曉一，王敏，農克儉，陳燕，馬開，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：