CN110754327A - 一种斜槽过滤式灌水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斜槽过滤式灌水器，属于节水灌溉技术领域，包括过滤结构、迷宫流道与出水口，其中，依据鱼类在进食过程中的颗粒保留机制，对蝠鲼鳃耙结构在颗粒过滤时的作用进行分析，设计出斜槽型仿生过滤结构，该过滤结构单元为斜板结构，单元之间相互平行，单元的倾斜走向为顺主流方向，各过滤结构单元自身底角以及其与水平方向夹角均保持一定角度，利用过滤结构流体通道进口处产生涡旋减小通道有效空间以及流体通道处流线与主流方向的大角度偏转来对管路中的颗粒进行过滤，使颗粒尽可能少的通过过滤结构而进入流道。本发明斜槽型仿生过滤结构及其滴灌灌水器，抗堵塞性能好，可广泛应用于大田及温室作物的灌溉需求。
Description
技术领域
本发明属于灌溉领域，具体涉及一种用于农业节水灌溉中的斜槽过滤式灌水器。
背景技术
滴灌作为目前世界上最有效的一种节水灌溉方式之一，具有效率高、作用直接、运行稳定的优点，是发展现代农业、高效、节约型农业最佳的灌溉方式。灌水器是整个滴灌系统的末端，也是其最为关键的部件，灌水器的抗堵性能将直接决定灌水的质量。在过滤设备不够完善和水质较差的情况下，流道堵塞情况更为严重，通过增加流道断面尺寸，从而增强流道抗堵塞能力，是目前通用的设计方法，而通过设计灌水器过滤结构，降低进入流道内部的颗粒浓度，是增强灌水器抗堵性能的另一个研究热点。
发明内容
本发明的目的在提供一种具有良好的抗堵塞性能、出水均匀度的斜槽过滤式灌水器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括带有斜槽型过滤结构和齿形迷宫流道的斜槽过滤式灌水器。
所述斜槽型过滤结构包括若干相同的过滤结构单元，各过滤结构单元的倾斜走向均为顺主流方向，各个单元之间互相平行，过滤结构单元的前顶点与前一个结构单元的后顶点位于同一垂线上。
所述过滤结构单元之间互相平行，其间距为0.35～0.6mm，结构单元与水平方向的夹角为20°～35°，过滤结构流体通道最前端的斜壁与出水口在垂直方向上交错排列，两者间距不低于1mm，过滤结构单元底角角度大小为90°～120°。
本发明参考鱼类进食过程中的颗粒过滤与保留机制，将其反向应用于灌水器设计领域，目的是使更少的颗粒通过灌水器前端过滤结构而进入迷宫流道内，对鱼鳃过滤性能关键性结构鳃耙进行特性提取，设计出斜槽型仿生过滤结构。相较于目前通用的栅格型过滤结构来说，斜槽型过滤结构各流体通道内流速更为均匀，流体通道端部渐缩的三角结构既等同于扩大了通道底部进口截面，又有效的缩短了流体通道在垂直方向上的有效接触长度，减小了过滤结构堵塞的可能，斜槽型过滤结构在流体通道进口处产生更大的涡旋，并且仿生过滤结构在流体通道处的流线相对于主流的偏转程度更大，在颗粒自身惯性力的影响下，能够产生更好地颗粒过滤效果，从而进一步提高灌水器的抗堵塞能力。本发明的过滤结构单元长边与水平方向夹角为29°时具有最佳过滤效果，可广泛应用于大田作物、林果业以及蔬菜等滴灌的需求。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明斜槽型过滤结构的单元结构示意图。
图3是本发明斜槽过滤式灌水器的压力-流量关系曲线图。
图4是本发明斜槽过滤式灌水器与栅格过滤式灌水器的过滤性能对比曲线图。
图5是本发明斜槽型过滤结构的水流迹线图。
图6是本发明斜槽型过滤结构的速度矢量图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明涉及一种包括带有斜槽型过滤结构2、出水口1和齿形迷宫流道3的斜槽过滤式灌水器；斜槽型过滤结构2包括若干相同的过滤结构单元5，每两个过滤结构单元之间间隙形成流体通道。每个结构单元的倾斜走向均为顺主流方向。齿形迷宫流道3包括若干相同的流道单元，每一个流道单元均由一对上下交错排列的尖角组成，每个齿尖具有相同的结构，包括迎水侧和背水侧的直线段。
参见图2，所述斜槽型过滤结构单元之间互相平行，其间距为0.35～0.6mm，结构单元长边与水平方向的夹角为20°～35°，过滤结构流体通道最前端的斜壁与出水口在垂直方向上交错排列，两者间距不低于1mm，过滤结构单元底角角度大小为90°～120°，过滤结构单元的前顶点与前一个结构单元的后顶点位于同一垂线上。
参见图3及图4，采用CFD分析软件FLUENT对斜槽过滤式灌水器进行了水力性能与过滤性能的模拟，得到了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＝0.3079p0.4881，并验证了过滤结构参数的变化对水力性能影响不大；以过滤结构粒子通过率作为评价过滤结构过滤性能的指标，过滤结构粒子通过率随颗粒粒径增大而降低，且斜槽型过滤结构过滤性能要优于目前通用的栅格型过滤结构。
参见图5及图6，观察斜槽型过滤结构中间截面的水流迹线图和速度矢量图，利用斜槽型过滤结构在流体通道进口处产生的涡旋，减小流体通道有效通流面积，斜槽型仿生过滤结构在流体通道处的流线相对于主流有较大的偏转程度，利用颗粒自身随水特性，使颗粒更倾向于随主流移动，而不是偏向流体通道，从而提高过滤结构的过滤性能，各个流体通道内流速较为均为，能够有效降低过滤结构在泥沙及微生物作用下发生缓慢堵塞的可能性。
Claims (4)
1.一种斜槽过滤式灌水器，其特征在于，滴灌灌水器由斜槽型过滤结构(2)、出水口(1)和迷宫流道(3)组成；所述斜槽型过滤结构(2)包括若干相同的过滤结构单元(5)和缓水槽(8)，每两个过滤结构单元之间间隙形成流体通道，每个过滤结构单元的倾斜走向均为顺主流方向。
2.根据权利要求1所述的一种斜槽过滤式灌水器，其特征在于，斜槽型过滤结构，所述的过滤结构单元与水平方向的夹角为20°～35°，即为结构单元长边(7)与水平方向夹角，各过滤结构单元间间距为0.3mm～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的斜槽型过滤结构，其特征为：过滤结构前端斜壁(4)与过滤结构单元平行，斜壁(4)与出水口(1)间距不低于1mm。
4.根据权利要求1所述的斜槽型过滤结构，其特征为：过滤结构单元底角(6)的大小为90°～120°。
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