CN104488665A - 一种卡门涡街形流道及其滴灌灌水器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种卡门涡街形流道及其滴灌灌水器，属于农业节水灌溉技术领域，其中，该由卡门涡街形流道两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括第一上弧形柱体通道、第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道以及两个圆柱体通道；液体通过卡门涡街形流道单元入口进入卡门涡街形流道单元时，依次经突扩处、突缩处、突扩处以及突缩处后，由卡门涡街形流道单元出口进入下一个卡门涡街形流道单元；该滴灌灌水器包括流道基体以及开设在该流道基体表面上的上述卡门涡街形流道，卡门涡街形流道的两端分别开设有进水槽和灌水器出口。本发明卡门涡街形流道及其滴灌灌水器，其过流断面大，涡旋耗能，水流紊动强烈，流量均匀性好。

Description

一种卡门涡街形流道及其滴灌灌水器
技术领域
本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及一种滴灌节水灌溉技术装备，具体涉及一种卡门涡街形流道及其滴灌灌水器。
背景技术
节水灌溉对提高农业水利用率及解决旱区水资源匮乏问题起着极为重要的作用。滴灌是目前最有效的节水灌溉方式，具有水肥均匀性好、利用率高，可提高农产品产量和品质，易于管理等优点。灌水器是整个滴管系统的核心和关键部分，灌水器结构的优劣对灌溉均匀性、系统抗堵塞能力及使用寿命有很大影响。国内现有的滴灌灌水器流道多以迷宫形式为基础，进行形式与尺寸的改进，通过迷宫齿形消能，较为单一。
构建性能优良的流道结构，增加流道断面尺寸，降低流态指数，提高灌溉出水均匀性，增强流道抗堵塞能力，同时降低灌溉工作压力实现节能降耗是滴灌灌水器的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过流断面大、无流动死角、出水均匀、抗堵能力好的卡门涡街形流道及其滴灌灌水器。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种卡门涡街形流道，由两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括上弧形柱体通道、第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道，第一下半弧形柱体通道与上一个卡门涡街形流道单元的第二下半弧形柱体通道相连通，第二下半弧形柱体通道与下一个卡门涡街形流道单元的第一下半弧形柱体通道相连通，上弧形柱体通道的两端分别通过圆柱体通道与第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道相连通，且上弧形柱体通道与第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道的圆弧朝向相反；液体通过卡门涡街形流道单元入口进入卡门涡街形流道单元时，依次经第一突扩处、第一突缩处、第二突扩处以及第二突缩处后，由卡门涡街形流道单元出口进入下一个卡门涡街形流道单元。
本发明进一步的改进在于：上弧形柱体通道由两段同心圆弧构成，上弧形柱体通道的宽度小于圆柱体通道的直径，构成上弧形柱体通道的两同心圆的内圆半径大于或是不大于圆柱体通道的半径。
本发明进一步的改进在于：相邻两个圆柱体通道的圆心在或者不在同一水平线上，上弧形柱体通道的圆心在或是不在圆柱体通道圆心的连线上，上弧形柱体通道的圆心在或是不在圆柱体通道圆心连线的垂直平分线上。
本发明进一步的改进在于：上弧形柱体通道的宽度在0.5～1mm，上弧形柱体通道的内圆半径在0.8～1.5mm，圆柱体通道的半径在0.8～1.2mm，两个圆柱体通道之间的距离在0.2～1.2mm。
本发明进一步的改进在于：第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道分别为上弧形柱体通道的一半。
一种卡门涡街形滴灌灌水器，包括流道基体以及开设在该流道基体表面上的卡门涡街形流道，卡门涡街形流道的两端分别开设有进水槽和灌水器出口；其中，卡门涡街形流道由两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括上弧形柱体通道、第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道，第一下半弧形柱体通道与上一个卡门涡街形流道单元的第二下半弧形柱体通道相连通，第二下半弧形柱体通道与下一个卡门涡街形流道单元的第一下半弧形柱体通道相连通，上弧形柱体通道的两端分别通过圆柱体通道与第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道相连通，且上弧形柱体通道与第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道的圆弧朝向相反；液体通过卡门涡街形流道单元入口进入卡门涡街形流道单元时，依次经第一突扩处、第一突缩处、第二突扩处以及第二突缩处后，由卡门涡街形流道单元出口进入下一个卡门涡街形流道单元；进水槽设置在卡门涡街形流道单元入口处，灌水器出口设置在卡门涡街形流道单元出口处。
本发明进一步的改进在于：上弧形柱体通道由两段同心圆弧构成，上弧形柱体通道的宽度小于圆柱体通道的直径，构成上弧形柱体通道的两同心圆的内圆半径大于或是不大于圆柱体通道的半径。
本发明进一步的改进在于：相邻两个圆柱体通道的圆心在或者不在同一水平线上，上弧形柱体通道的圆心在或是不在圆柱体通道圆心的连线上，上弧形柱体通道的圆心在或是不在圆柱体通道圆心连线的垂直平分线上。
本发明进一步的改进在于：上弧形柱体通道的宽度在0.5～1mm，上弧形柱体通道的内圆半径在0.8～1.5mm，圆柱体通道的半径在0.8～1.2mm，两个圆柱体通道之间的距离在0.2～1.2mm。
本发明进一步的改进在于：第一下半弧形柱体通道和第二下半弧形柱体通道分别为上弧形柱体通道的一半。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明构造的卡门涡街形流道及其滴灌灌水器，其卡门涡街形流道单元是由若干段弧形柱体通道及圆柱体通道连接形成，卡门涡街形流道单元内无流动死角，抗堵性能好。本发明水流在滴灌灌水器内流动，先后经历两次突扩、突缩，进入圆柱体通道部分后，在圆弧边界的引导下形成漩涡运动，水流紊动强烈，以此耗能，实现均匀出流。
综上所述，本发明构造的卡门涡街形流道，过流断面大，涡旋耗能，水流紊动强烈，流量均匀性好；结构简单，流道单元全部为光滑圆弧连接，无流动滞止区，抗堵塞性能好。本发明能够构造多种结构形式的滴灌灌水器。
附图说明
图1是本发明一种卡门涡街形流道的结构示意图
图2是本发明一种卡门涡街形滴灌灌水器的结构示意图，其中，图2(a)是卡门涡街形滴灌灌水器的主视图，图2(b)是图2(a)的A-A向剖视图。
图3是卡门涡街形流道的压力—流量关系曲线图。
图4是本发明卡门涡街形流道实施例的压力分布图。
图5是本发明卡门涡街形流道实施例的速度矢量图。
图6是本发明卡门涡街形流道实施例的水流迹线图。
图7是本发明卡门涡街形流道实施例的粒子运动轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1，本发明一种卡门涡街形流道，由两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括上弧形柱体通道7、第一下半弧形柱体通道12和第二下半弧形柱体通道13，第一下半弧形柱体通道12与上一个卡门涡街形流道单元的第二下半弧形柱体通道13相连通，第二下半弧形柱体通道13与下一个卡门涡街形流道单元的第一下半弧形柱体通道12相连通，上弧形柱体通道7的两端分别通过圆柱体通道6与第一下半弧形柱体通道12和第二下半弧形柱体通道13相连通，且上弧形柱体通道7与第一下半弧形柱体通道12和第二下半弧形柱体通道13的圆弧朝向相反；液体通过卡门涡街形流道单元入口4进入卡门涡街形流道单元时，依次经第一突扩处8、第一突缩处9、第二突扩处8以及第二突缩处9后，由卡门涡街形流道单元出口5进入下一个卡门涡街形流道单元。液体在卡门涡街形流道单元内流动时，在圆柱体通道6内会形成涡旋，水流紊动强烈，以此实现耗能。
其中，上弧形柱体通道7由两段同心圆弧构成，上弧形柱体通道7的宽度小于圆柱体通道6的直径，构成上弧形柱体通道7的两同心圆的内圆半径大于或是不大于圆柱体通道6的半径；第一下半弧形柱体通道12和第二下半弧形柱体通道13分别为上弧形柱体通道7的一半。
相邻两个圆柱体通道6的圆心在或者不在同一水平线上，上弧形柱体通道7的圆心在或是不在圆柱体通道6圆心的连线上，上弧形柱体通道7的圆心在或是不在圆柱体通道6圆心连线的垂直平分线上。
进一步地，上弧形柱体通道7的宽度在0.5～1mm，上弧形柱体通道7的内圆半径在0.8～1.5mm，圆柱体通道6的半径在0.8～1.2mm，两个圆柱体通道6之间的距离在0.2～1.2mm。
参加图2，本发明一种卡门涡街形滴灌灌水器，包括流道基体以及开设在该流道基体表面上的上述卡门涡街形流道，卡门涡街形流道的两端分别开设有进水槽1和灌水器出口3。具体地说，本发明以弧形柱体通道的中间位置作为卡门涡街形流道单元的进、出口；一个卡门涡街形流道单元的出口端与另一个卡门涡街形流道单元的进口端连接，若干个卡门涡街形流道单元依次连接成为整体，构成卡门涡街形滴灌灌水器流道。
本发明实施例中圆柱体通道的直径为1.6mm，上弧形柱体通道7宽度为0.6mm，上弧形柱体通道7的内圆半径为1mm，两个圆柱体通道6的圆心距为2mm。构成上弧形柱体通道7的两段同心圆弧与第一个圆柱体通道的圆心距为1.1mm，构成上弧形柱体通道7的两段同心圆弧的圆心在两个圆柱体通道6圆心连线下0.2mm。
参见图3，在CFD分析软件FLUENT中进行了卡门涡街形滴灌灌水器实施例的水力性能模拟，得到了卡门涡街形滴灌灌水器在不同压力下的流量，并拟合出压力-流量关系曲线，其关系式为Q＝0.339P0.498，流态指数为0.498，表明水力性能良好。
参见图4，观察卡门涡街形流道的压力—流量关系曲线图可知，压力随卡门涡街形流道单元的数量增加而降低，卡门涡街形流道单元的消能作用明显。
参见图5，观察卡门涡街形流道的速度矢量图可知，水流在卡门涡街形流道单元的圆柱体通道位置可形成大的涡旋运动，水流紊动强烈。在卡门涡街形流道单元的两个突扩处、两个突缩，流动方向发生改变，耗能明显。
参见图6及图7，水流会在圆柱体通道内作明显的涡旋运动，紊动强烈，可有效耗能。模拟的粒子基本沿主流运动，只有很少粒子进入漩涡内，并主要在漩涡外层不会进入漩涡中心的低速区，使本发明具有很好的抗堵性能。

Claims (10)

1.一种卡门涡街形流道，其特征在于：由两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括上弧形柱体通道(7)、第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)，第一下半弧形柱体通道(12)与上一个卡门涡街形流道单元的第二下半弧形柱体通道(13)相连通，第二下半弧形柱体通道(13)与下一个卡门涡街形流道单元的第一下半弧形柱体通道(12)相连通，上弧形柱体通道(7)的两端分别通过圆柱体通道(6)与第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)相连通，且上弧形柱体通道(7)与第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)的圆弧朝向相反；液体通过卡门涡街形流道单元入口(4)进入卡门涡街形流道单元时，依次经第一突扩处(8)、第一突缩处(9)、第二突扩处(10)以及第二突缩处(11)后，由卡门涡街形流道单元出口(5)进入下一个卡门涡街形流道单元。
2.根据权利要求1所述的一种卡门涡街形流道，其特征在于：上弧形柱体通道(7)由两段同心圆弧构成，上弧形柱体通道(7)的宽度小于圆柱体通道(6)的直径，构成上弧形柱体通道(7)的两同心圆的内圆半径大于或是不大于圆柱体通道(6)的半径。
3.根据权利要求1所述的一种卡门涡街形流道，其特征在于：相邻两个圆柱体通道(6)的圆心在或者不在同一水平线上，上弧形柱体通道(7)的圆心在或是不在圆柱体通道(6)圆心的连线上，上弧形柱体通道(7)的圆心在或是不在圆柱体通道(6)圆心连线的垂直平分线上。
4.根据权利要求1所述的一种卡门涡街形流道，其特征在于：上弧形柱体通道(7)的宽度在0.5～1mm，上弧形柱体通道(7)的内圆半径在0.8～1.5mm，圆柱体通道(6)的半径在0.8～1.2mm，两个圆柱体通道(6)之间的距离在0.2～1.2mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种卡门涡街形流道，其特征在于：第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)分别为上弧形柱体通道(7)的一半。
6.一种卡门涡街形滴灌灌水器，其特征在于：包括流道基体以及开设在该流道基体表面上的卡门涡街形流道，卡门涡街形流道的两端分别开设有进水槽(1)和灌水器出口(3)；其中，卡门涡街形流道由两个或两个以上的卡门涡街形流道单元构成；每个卡门涡街形流道单元包括上弧形柱体通道(7)、第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)，第一下半弧形柱体通道(12)与上一个卡门涡街形流道单元的第二下半弧形柱体通道(13)相连通，第二下半弧形柱体通道(13)与下一个卡门涡街形流道单元的第一下半弧形柱体通道(12)相连通，上弧形柱体通道(7)的两端分别通过圆柱体通道(6)与第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)相连通，且上弧形柱体通道(7)与第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)的圆弧朝向相反；液体通过卡门涡街形流道单元入口(4)进入卡门涡街形流道单元时，依次经第一突扩处(8)、第一突缩处(9)、第二突扩处(10)以及第二突缩处(11)后，由卡门涡街形流道单元出口(5)进入下一个卡门涡街形流道单元；进水槽(1)设置在卡门涡街形流道单元入口(4)处，灌水器出口(3)设置在卡门涡街形流道单元出口(5)处。
7.根据权利要求6所述的一种卡门涡街形滴灌灌水器，其特征在于：上弧形柱体通道(7)由两段同心圆弧构成，上弧形柱体通道(7)的宽度小于圆柱体通道(6)的直径，构成上弧形柱体通道(7)的两同心圆的内圆半径大于或是不大于圆柱体通道(6)的半径。
8.根据权利要求6所述的一种卡门涡街形滴灌灌水器，其特征在于：相邻两个圆柱体通道(6)的圆心在或者不在同一水平线上，上弧形柱体通道(7)的圆心在或是不在圆柱体通道(6)圆心的连线上，上弧形柱体通道(7)的圆心在或是不在圆柱体通道(6)圆心连线的垂直平分线上。
9.根据权利要求6所述的一种卡门涡街形滴灌灌水器，其特征在于：上弧形柱体通道(7)的宽度在0.5～1mm，上弧形柱体通道(7)的内圆半径在0.8～1.5mm，圆柱体通道(6)的半径在0.8～1.2mm，两个圆柱体通道(6)之间的距离在0.2～1.2mm。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的一种卡门涡街形滴灌灌水器，其特征在于：第一下半弧形柱体通道(12)和第二下半弧形柱体通道(13)分别为上弧形柱体通道(7)的一半。
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