基于Fluent的文丘里管结构参数对吸肥性能的影响-《江苏农业科学》(2017年18期).docx

龙源版权所有 基于Fluent的文丘里管结构参数对吸肥性能的影响作者：张晓明 鲍安红 谢守勇 邱振宇来源：《江苏农业科学》2017年第18期 摘要：为优化文丘里施肥器设计，研究了渐缩角α、渐扩角β和喉管直径d等结构参数对文丘里施肥器吸肥性能的影响。基于流体的连续方程、Navier-stokes方程和標准k-ε湍流模型，通过改变渐缩角α、渐扩角β和喉管直径d等文丘里管结构参数的值，采用有限元分析软件Fluent进行数值模拟，根据总流量和吸肥浓度的数值，发现α=25°、β=7°、7 mm≤d≤11 mm时吸肥性能最佳；利用分析软件Matlab对模拟得到的数据进行拟合，得到了单个参数与总流量和吸肥浓度的函数关系，以及渐缩角α、渐扩角β和喉管直径d与文丘里施肥器总流量和吸肥浓度之间的综合函数关系式，通过分析综合函数关系式，得到了各个参数对总流量及吸肥浓度影响的百分比，得出喉管直径d对支管流量、吸肥性能的影响最显著，渐缩角α的影响最小的结论。 关键词：Fluent；文丘里管；结构参数；总流量；吸肥浓度 中图分类号： S224.22 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0208-03 收稿日期：2017-03-16 基金项目：国家星火计划（编号：2013GA811002）；重庆市应用开发计划（编号：cstc2013yykfa80009）。 作者简介：张晓明（1992—），男，重庆开县人，硕士研究生，主要从事农业水土工程及相关研究。E-mail：zhangxmswu@163.com。 通信作者：鲍安红，博士，教授，主要从事节水灌溉设备的研究。E-mail：baoanhong1969@163.com。 文丘里施肥器是目前最常用的灌溉施肥装置之一，该施肥器利用文丘里管产生的压力差吸取液肥，具有构造简单、运行成本低、维护方便等优点[1-4]。但国产产品性能与国外相比仍有较大差距，主要体现在性能稳定性欠缺、工作压力范围窄、系列化程度低等方面，因而很有必要对文丘里施肥器结构参数进行优化设计。 目前，国内外学者对文丘里管的结构参数对其水力性能的影响进行了大量研究。孔令阳等通过试验对文丘里施肥器吸肥性能进行了研究，分析了吸肥流量与喉部负压、进出口压力与进口流量间的关系[5]。林棋采用数值模拟方法，分析了收缩锥角与喉部缩径比对内流场的影响[6]。孙艳琦等分析了结构参数与最小压力和进出口压力的关系，提出了文丘里管结构参数的优化建议[7]。但文丘里管结构参数对吸肥效率影响的研究依旧非常薄弱，许多学者主要进行试验研究，研究效率偏低；部分学者使用有限元分析软件进行数值模拟，且主要从水力性能方面进行研究，还没有根据流量和吸肥浓度综合分析进行文丘里管结构参数优化。因此，为了设计出经济、高效的文丘里施肥器，本研究以文丘里管为研究对象，采用数值模拟的方法研究渐缩管、喉管和渐扩管3部分对文丘里管总流量和吸肥性能的影响，以期为文丘里施肥器的优化设计提供合理的依据。 1 理论与方法 1.1 物理模型 文丘里管的结构模型如图1所示。 图1中，文丘里管由渐缩管、喉管和渐扩管3部分组成。D为主管段管径（mm），L为主管段长度（mm），a为渐缩段长度（mm），b为喉管段长度（mm），c为渐扩段长度（mm），d为喉管管径（mm），d1为吸肥管管径（mm），α为渐缩角锥度（°），β为渐扩角锥度（°）。取主管直径D=15 mm，喉管段长度b=10 mm，喉管与吸肥管为同径管，吸肥管长度为 800 mm。 1.2 数学模型 为了突出文丘里施肥器结构参数变化对文丘里管内部流场的影响，数值模拟研究采用以下假设： （1）文丘里管中的水流可视为稳定的不可压缩流体。 （2）忽略水流过管道时与外界的热交换，且不考虑重力作用。 （3）由于文丘里管长度较短，因此在计算水头损失时，···试读结束