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额定压力及低压下内镶片式滴头抗堵塞性能试验

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农业机械学报 2011年第7期42卷 86-90,134页

作者：马晓鹏龚时宏王建东于颖多中国水利水电科学研究院水利研究所北京100048

依据ISO短周期滴头堵塞测试方法,测试了12种内镶片式齿型迷宫滴头在额定压力和低压情况下的抗堵塞性能。结果表明:滴头抗堵塞性能随着流道断面最小尺寸增加而提高,当滴头流道断面最小尺寸大于等于0.6 mm时滴头将获得较好的抗堵塞性能,但... 详细信息

依据ISO短周期滴头堵塞测试方法,测试了12种内镶片式齿型迷宫滴头在额定压力和低压情况下的抗堵塞性能。结果表明:滴头抗堵塞性能随着流道断面最小尺寸增加而提高,当滴头流道断面最小尺寸大于等于0.6 mm时滴头将获得较好的抗堵塞性能,但在0.04 MPa时滴头流道设计形式对滴头抗堵塞性能有更为明显的影响。在过滤器滤网孔径大小选择方面,压力为0.10 MPa时,可选用流道断面最小尺寸的1/5作为有效孔径,而压力为0.04 MPa时,则应按流道最小断面尺寸的1/7来选择。研究还表明,滴灌系统在低压运行时,可通过间歇灌溉的方式来预防和减少滴头的堵塞。

关键词：灌水器低压抗堵塞性能

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迷宫流道转角对灌水器抗堵塞性能的影响

农业机械学报 2009年第9期40卷 51-55,67页

作者：牛文全喻黎明吴普特范兴科张林西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响。结果表明转角与... 详细信息

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响。结果表明转角与流量系数及流态指数均呈负相关关系,而灌水器的抗堵塞能力随着转角的增加呈下降趋势。综合分析转角对水力性能和抗堵塞性能的影响,提出迷宫流道结构灌水器的合理转角为60.0°。

关键词：灌水器迷宫流道转角抗堵塞性能

齿型迷宫灌水器抗堵塞性能分析与结构优化模拟

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灌溉排水学报 2019年第8期38卷 84-89,128页

作者：杨彬吴勇王建东马晓鹏王海涛张彦群莫彦中国水利水电科学研究院水利研究所北京100048 全国农业技术推广服务中心北京100125 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐830091

【目的】揭示齿型迷宫流道灌水器物理堵塞的内在流动特性成因,同步优化提出高抗堵型齿型灌水器流道结构。【方法】基于CFD数值模拟技术中的Workbench数值计算平台,对5种不同齿型流道结构(含改进后流道结构)的灌水器进行水砂两相流数值... 详细信息

【目的】揭示齿型迷宫流道灌水器物理堵塞的内在流动特性成因,同步优化提出高抗堵型齿型灌水器流道结构。【方法】基于CFD数值模拟技术中的Workbench数值计算平台,对5种不同齿型流道结构(含改进后流道结构)的灌水器进行水砂两相流数值模拟计算,分析了不同齿型结构水流流速、流道内湍动能、湍动能耗散率分布规律及物理颗粒运动轨迹等。【结果】提出了齿型流道结构优化改进方案,优化后的流道结构增加了灌水器内低速区域面积和低速区域湍动能值,区间湍动能范围同比最高提升了52%~200%,同时提高了物理颗粒的运移速率,减少了颗粒运移路程和滞留时间,提升了齿型迷宫灌水器的抗堵塞性能。【结论】齿型流道灌水器的抗堵塞性能与流道内低速区的流体速度及流道内湍动能大小分布密切相关,流速和湍动能较大的区域不易造成堵塞;湍动能最大值均出现在主流区,并且在齿尖迎水区达到最大;湍流动能耗散率分布与湍动能分布具有十分相似的规律,湍动能耗散最严重的区域分布在齿尖处,齿尖结构对灌水器的消能效果起关键性作用。

关键词：灌水器抗堵塞性能湍动能结构优化湍动能耗散率

结构参数对梯形流道水力性能及抗堵塞性能的影响

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2011年第8期39卷 197-202页

作者：喻黎明清华大学水利系北京100084 长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114

【目的】研究梯形流道结构参数对灌水器流量、流态指数及抗堵塞性能的影响,为滴灌系统中灌水器的设计提供参考。【方法】通过测试平台对16种梯形流道物理模型的水力性能和抗堵塞性能进行测试,分析梯形流道结构参数转角、齿高、上底宽、... 详细信息

【目的】研究梯形流道结构参数对灌水器流量、流态指数及抗堵塞性能的影响,为滴灌系统中灌水器的设计提供参考。【方法】通过测试平台对16种梯形流道物理模型的水力性能和抗堵塞性能进行测试,分析梯形流道结构参数转角、齿高、上底宽、流道宽、偏差量等对灌水器流量、流态指数及抗堵塞性能的影响。【结果】流道转角对灌水器流态指数、抗堵塞性能有显著影响,随着流道转角的增大,流态指数及抗堵塞能力显著下降;上底宽对流量、流态指数也有显著影响,随着上底宽的增大,流量增加,流态指数增大;齿高、流道宽及偏差量对流量、流态指数和抗堵塞性能无显著影响。【结论】在梯形流道设计时,应当综合考虑转角的选择,同时为了保持合理的流态指数,应当尽量减少上底宽。

关键词：滴头梯形流道水力性能抗堵塞性能

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透水沥青混合料抗堵塞性能及功能恢复研究

公路交通科技 2023年第10期40卷 10-17页

作者：秦旻杨小丁赵毅重庆交通大学经济与管理学院重庆400074 云南省公路科学技术研究院云南昆明650051 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074

为获得透水沥青混合料在服役期间的性能衰变规律,对其在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下的堵塞性能及透水功能恢复性能进行了研究。首先,制备了PA-13型透水沥青混合料试件,对其路用性能进行了测试。然后,自行设计了抗堵塞性能试验方案,通过... 详细信息

为获得透水沥青混合料在服役期间的性能衰变规律,对其在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下的堵塞性能及透水功能恢复性能进行了研究。首先,制备了PA-13型透水沥青混合料试件,对其路用性能进行了测试。然后,自行设计了抗堵塞性能试验方案,通过全级配砂分批次堵塞和分次浸水轮碾试验,研究了在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下透水沥青混合料的抗堵塞性能,模拟了透水混凝土路面通车运行后的服役情况。最后,采用细砂、粗砂和全级配砂作为堵塞材料,分析了不同级配堵塞物对透水沥青混合料的堵塞效果,并利用高压水冲清洁方式对试件的透水性能进行恢复,研究了冲刷水压对透水沥青混合料功能恢复的影响。结果表明:1^(#)级配的抗堵塞性能优于3^(#)级配,每15 g堵塞材料将造成9.6%~23.2%的透水损失,试件第2次堵塞造成的透水损失较为严重,第1次轮碾后试件的渗透系数有所增大,车轮的初次“泵吸”作用有助于透水性能局部恢复;不同堵塞物堵塞效果优劣排序为细砂>全级配砂>粗砂,0.15~0.3 mm和0.3~0.6 mm粒径范围内的颗粒是造成透水沥青混合料堵塞的关键粒径;采用高压水冲养护方式对透水沥青混合料的透水功能恢复较好,恢复效果能达到初始状态的80%~90%,其中15 MPa水压为高压水冲养护方式的最佳水压。

关键词：道路工程抗堵塞性能室内试验透水沥青混合料残留透水能力渗透系数

齿形迷宫流道不同结构参数下灌水器抗堵塞性能研究

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节水灌溉 2010年第5期 1-4,8页

作者：武鹏牛文全常莹华张平中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院研究生院北京100049 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

以齿形迷宫流道灌水器为研究对象,通过计算流体力学(CFD)数值模拟、PIV观测和样品测试相结合的方法,研究了齿形结构的不同齿底距、齿高下颗粒运动轨迹与流道内部速度场分布的关系,并初步探索了流道结构参数与灌水器抗堵塞性能的关系。... 详细信息

以齿形迷宫流道灌水器为研究对象,通过计算流体力学(CFD)数值模拟、PIV观测和样品测试相结合的方法,研究了齿形结构的不同齿底距、齿高下颗粒运动轨迹与流道内部速度场分布的关系,并初步探索了流道结构参数与灌水器抗堵塞性能的关系。结果表明:当流道内固体粒子运动速度小于0.5 m/s时,易在齿底处旋转,而大于此速度时,则易进入主流区被水流带出流道;齿形迷宫流道齿底距与抗堵塞性能呈正相关,齿高与抗堵塞性呈负相关;流道设计时,单纯增大齿底距或者减小齿高,可以有效降低粒子在流道中发生旋转的概率,有利于提高灌水器的抗堵塞性能。

关键词：灌水器迷宫流道结构参数抗堵塞性能计算流体力学粒子图像测速仪

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新型自密实透水混凝土抗堵塞性能及堵塞模型

硅酸盐通报 2023年第11期42卷 3906-3913,3926页

作者：是华荣薛璐朱平华史志浩王新杰刘铭中节能(常州)环保科技园发展有限公司常州213100 常州大学城市建设学院常州213164

为研究直通孔孔径、积水深度和水平径流速度对新型自密实透水混凝土(NSPC)抗堵塞性能的影响规律,测试了堵塞和高压水枪冲洗后NSPC的透水系数,并基于堵塞物被直通孔道捕获的概率建立了NSPC堵塞模型。结果表明,NSPC堵塞循环后的透水系数... 详细信息

为研究直通孔孔径、积水深度和水平径流速度对新型自密实透水混凝土(NSPC)抗堵塞性能的影响规律,测试了堵塞和高压水枪冲洗后NSPC的透水系数,并基于堵塞物被直通孔道捕获的概率建立了NSPC堵塞模型。结果表明,NSPC堵塞循环后的透水系数随直通孔孔径增加而增大,当直通孔孔径与堵塞物粒径之比大于5时,堵塞物形成的颗粒流仍会造成NSPC堵塞。积水深度的升高会降低NSPC堵塞后的透水系数,水平径流速度对NSPC的透水系数影响较小,但会延迟透水系数降低的时间。高压水枪清洗后NSPC的透水系数恢复率最高可达到85%。建立的NSPC堵塞模型能够预测直通孔道内堵塞物质量和透水系数衰减率的变化规律。

关键词：透水混凝土抗堵塞性能透水系数直通孔道堵塞模型

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纹孔式仿生滴灌灌水器水力特性及抗堵塞性能研究

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纹孔式仿生滴灌灌水器水力特性及抗堵塞性能研究

作者：粟彦儒黑龙江大学

学位级别：硕士

滴灌灌水器作为滴灌系统的核心部件之一,其水力性能和抗堵塞能力直接决定灌溉系统的灌溉效益和使用寿命。本文通过对植物木质部管胞中的塞-缘具缘纹孔结构进行仿生设计,设计了一种新型的纹孔式仿生滴灌灌水器,利用遗传算法进行优化设计... 详细信息

滴灌灌水器作为滴灌系统的核心部件之一,其水力性能和抗堵塞能力直接决定灌溉系统的灌溉效益和使用寿命。本文通过对植物木质部管胞中的塞-缘具缘纹孔结构进行仿生设计,设计了一种新型的纹孔式仿生滴灌灌水器,利用遗传算法进行优化设计,阐述了流道内部流速和压力的分布情况,分析了各流道结构参数对水力性能的影响;通过数值模拟分析了四种不同纹孔式流道结构内部的流速、湍动能和固体颗粒的运动轨迹等因素,揭示了三者之间的内在联系,在原有基础上对流道结构进一步优化,通过数值模拟和短周期堵塞试验测试分析并验证了纹孔式仿生滴灌灌水器抗堵塞能力的提高。通过上述研究,本文取得了以下结论:(1)模拟结果和实测结果之间的相关系数为0.9995,其平均误差为3.4%,说明二者相关性非常显著,并且模拟结果的准确性较高。齿参差值j、流道转角θ、齿间距l、内外边界间距h四个变量对流态指数x的影响程度依次减小。流态指数x与齿参差值j、流道转角θ、齿间距l呈负相关,与内外边界间距h呈正相关。(2)纹孔式仿生滴灌灌水器在工作压力(50k Pa)下,其内部的压力从入口到出口呈现线性减小趋势,而流速在各流道单元中的分布规律是一致的。在流道中没有观察到完整的低速涡,说明流道具有良好的抗堵塞性能。同时,在同一流道截面上水流的流速不同,不同流速的水流间会相互碰撞、相互混掺,产生大量的能量损耗,最终形成较为稳定的滴流,提高灌溉效率。(3)水流速度场分布对固体颗粒运动特征影响较为明显,主流区的水流在运动过程中携带了绝大部分固体颗粒。方案1、方案2和方案4的最大湍动能主要出现在主流区,靠近流道转角处,而湍动能最小值出现在流道入口处。方案3的最大湍动能位于流道入口处,而最小湍动能出现在对流区前端与齿尖迎水面。纹孔式仿生滴灌灌水器的抗堵塞性能与湍动能的大小在一定范围内成正相关。(4)与优化前的4种方案相比,优化后的纹孔式仿生滴灌灌水器的湍动能有了较大提高,同比分别提升了177%～224%、132～231%、27%～39%、30%～86%。在短周期堵塞试验的八个阶段中,优化后的纹孔式仿生滴灌灌水器的相对流量相较于方案3提高了0.9%～14.51%。两种滴灌灌水器的堵塞率在第三和第四阶段差别最大,达到了15%。优化后的流道结构的最大允许粒径接近方案3的两倍,说明优化后的纹孔式仿生滴灌灌水器的抗堵塞性能得到了大幅提高。

关键词：遗传算法优化设计数值模拟水力性能抗堵塞性能短周期堵塞试验

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透水路面结构抗堵塞性能的优化

透水路面结构抗堵塞性能的优化

作者：夏霜山东大学

学位级别：硕士

透水混凝土路面是一种具有高渗透性的生态友好型路面材料,可以有效减缓城市内涝、减少噪音、吸热储热等城镇化发展所带来的负面影响。渗透性是该结构保持上述各种功能的重要指标之一,但是其孔隙容易被堵塞,从而导致渗透性等各种功能显... 详细信息

透水混凝土路面是一种具有高渗透性的生态友好型路面材料,可以有效减缓城市内涝、减少噪音、吸热储热等城镇化发展所带来的负面影响。渗透性是该结构保持上述各种功能的重要指标之一,但是其孔隙容易被堵塞,从而导致渗透性等各种功能显著降低,最终完全失效。因此,提高透水混凝土路面的抗堵塞性能是非常有必要的。本研究利用计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）进行数值模拟,基于单-双层透水结构、不同骨料粒径、不同层厚三种影响因素,建立了 6种不同结构的模型,从细观层面观察了这三种因素对透水混凝土结构抗堵塞性能的影响。另外,基于以上的分析,本文还提出了一种新型管状透水结构,并建立9中不同的结构模型,利用数值模拟和室内实验,研究了该结构的抗堵塞性能和抗压强度。基于其他学者的研究,我们知道在双层透水混凝土结构中,顶层结构骨料粒径的选择对该结构的抗堵塞性能极其重要。本文基于太沙基滤层理论和顶层结构的屏蔽作用,通过计算提出了两种可供参考的选择:其一,若当地的泥沙颗粒粒径较小,基于太沙基滤层理论,我们可以最大程度的保证透水混凝土结构的颗粒运输能力,采用相对较大粒径的颗粒作为顶层结构的骨架;其二,若当地的泥沙颗粒粒径较大,基于双层透水结构顶层的屏蔽作用,我们可以最大程度的发挥屏蔽过滤效果,采用相对较小粒径的颗粒作为顶层结构的骨架。基于对骨料粒径和顶层厚度的研究,建立了 6种不同的透水混凝土结构,模拟了单-双层透水结构、不同骨料粒径、不同层厚三种因素对透水混凝土结构在雨天环境下快速堵塞的影响。与单层透水结构相比,双层透水结构的顶层有着优异的屏蔽作用,可以减少进入孔隙的泥沙颗粒类型和数量,降低双层透水结构可能发生堵塞的深度,研究结果表明,双层透水结构堵塞最严重的区域是路面以下0-3mm;对于双层透水结构,随着顶层厚度的降低,其抗堵塞性能提高;通过对U1-5、U0.6-5、U0.3-5这三种结构的分析,发现当双层透水结构的顶层骨料粒径值介于上述两种选择之间时,抗堵塞性能不佳。因此在根据当地的泥沙颗粒粒径级配确定透水结构顶层骨料粒径时,其选取应该只考虑颗粒运输能力、或顶层屏蔽作用中的一个。通过对不同结构的清理效率和堵塞情况的研究发现,在相同的堵塞-清理环境下,单层透水结构将最先达到堵塞峰值,有效使用寿命最短;在双层透水结构中,随着堵塞-清理循环次数的增加,其堵塞程度呈现缓慢上升趋势,清理效率较好,难以发生严重的堵塞情况,有效寿命长;随着顶层骨料粒径和厚度的减小,清理效率提高。对新型管状透水结构,按照整体孔隙率、孔隙直径和孔隙形状三种变量,建立了 9种不同的模型。通过透水能力实验发现,与普通透水混凝土相比,具有相同渗透系数的管状透水结构的孔隙率可以很小。通过抗堵塞能力实验发现,由于其具有畅通的孔隙结构,运输颗粒的能力得到大幅提升,渗透性和抗堵塞性优异,有效使用寿命得到延长。通过抗压强度的实验发现,管状透水混凝土结构的抗压强度明显优于普通透水混凝土结构。

关键词：透水混凝土双层透水路面 CFD-DEM耦合骨料粒径级配分布抗堵塞性能