泥沙特性对滴灌灌水器堵塞影响研究

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本文以齿形迷宫流道为研究对象,应用短周期堵塞测验方法,分析冲洗压力、冲洗时间、冲洗间隔时间三因素对灌水器堵塞影响,并采用Mastersizer2000激光粒度仪测定灌水器出流前后级配变化,确定易造成灌水器堵塞的敏感粒径。同时本文基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,针对易造成灌水器堵塞敏感粒径泥沙颗粒在灌水器迷宫流道内水沙运动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究。本文的主要结论如下:  (1)冲洗时间、冲洗压力对灌水器平均流量影响显著,且冲洗时间影响大于冲洗压力作用,灌水器平均流量并不是随冲洗压力的升高而单调增加的,冲洗压力为0.225MPa最易引起滴头堵塞,冲洗压力0.150MPa次之,而冲洗压力为0.300MPa冲洗效果最好,灌水器抗堵塞性能最优参数组合为冲洗压力为0.3MPa,冲洗时间为5min,冲洗间隔天数为3d。Mastersizer2000激光粒度仪结果中,以D(0.9)平均值作为易造成滴头堵塞泥沙颗粒粒径范围,本次试验结果表明,造成灌水器易堵塞的泥沙粒径范围为33.089~104.713μm。  (2)小沙粒和密度小的沙粒在齿尖间振幅较小,基本上在主流区运动,速度快且变化频率小,路程短,时间少,主要受曳力影响,总受力较小,具有较好的跟随性。随沙粒直径和密度的增加,在齿尖间振幅增大,速度变慢但变化频率增加,路程变长,时间增加,脱离主流区进入漩涡区,受惯性力越来越明显,总受力增加,跟随性差。沙粒直径和沙粒密度越小,达到微观动态平衡的时间也越短,存在迷宫流道内的数量也越少。  (3)沙粒在流道深度中心面附近分布较多,靠近边壁较少,随着流道深度的减小,流道内沙粒的体积浓度成倍上升。流道深度越小,流道深度(Z方向上)水流运动速度越小,但沙粒Z方向上运动速度增大,沙粒群穿过中心面次数越多,撞击边壁的次数越多,边壁撞击次数的增加使沙粒高频率改变原有运动方向,增加了沙粒之间,与壁面之间的碰撞,沙粒该运动情况降低了其运动速度,减少了动能,不利于沙粒通过迷宫流道,增加了被堵塞几率。CFD-DEM耦合数值模拟方法可分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况,能从微观角度了解迷宫流道内沙粒运动,是迷宫流道结构设计的有效手段之一。
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