CN111096210B - 一种三通形分流绕流流道及基于该流道的灌水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三通形分流绕流流道及基于该流道的灌水器，属于农业节水灌溉设备技术领域，其中三通形分流绕流流道，包括：依次串联的多个流道腔，相邻的两个所述流道腔之间通过缩孔结构连通；所述流道腔内，在靠近流道腔的出口的正前方设有挡水结构；本发明的三通形分流绕流流道，液体在流道腔内部流通，液体经过挡水结构时，一方面进入到挡水结构内的液体通过突缩、分流耗能，未进入挡水结构的液体通过渐缩耗能，另一方面，进入到挡水件内部的液体在流出挡水件时通过与在过水通道内流动的液体对冲、掺混，使不同流速的水流相互耗能。

Description

一种三通形分流绕流流道及基于该流道的灌水器

技术领域

本发明涉及农业节水灌溉设备技术领域，具体涉及一种三通形分流绕流流道及基于该流道的灌水器。

背景技术

农业灌溉方式一般可分为传统的地面灌溉、普通喷灌以及微灌。传统地面灌溉以及普通喷灌的灌溉方式往往耗水量较大、水的利用率较低。现代农业微灌溉技术一般具有节水性能好、水的利用率高的优点。因此，随着我国农业灌溉的升级改造,大量农田采用微灌技术。

现代农业微灌技术包括：微喷灌、滴灌、渗灌等。其中，滴灌是一种典型的经常被人们使用的微灌技术，滴灌可通过安装在毛管上的滴灌灌水器以滴水状出流的形式湿润作物表层及根系附近的土壤。滴灌灌水器流道可以有效消除其进口的多余能量，降低整个管网内灌水器的流量偏差率，保证出流均匀，而灌水器流道的结构和类型直接影响滴灌灌水器的灌水质量和稳流性能。

因此，开展灌水器的流道结构的设计以及优化，对于提高滴灌灌水器整体性能和产品研发有着深远的意义。

发明内容

因此，本发明提供一种具有良好的消能效果的三通形分流绕流流道及基于该流道的灌水器。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三通形分流绕流流道，包括：依次串联的多个流道腔，相邻的两个所述流道腔之间通过缩孔结构连通；所述流道腔内，在靠近流道腔的出口的正前方设有挡水结构，所述挡水结构的两侧与所述流道腔的内壁之间具有过水通道，所述挡水结构的内部具有由中间朝向两侧分流的分流通道；

所述挡水结构包括：

第一挡水件，设置在所述挡水结构的一侧；

第二挡水件，设置在与所述第一挡水件相对的所述挡水结构的另一侧，所述第一挡水件与所述第二挡水件之间形成朝向所述流道腔的进口的第一通道；

分水件，阻挡在所述第一通道的正后方，并与所述第一挡水件和所述第二挡水件之间分别形成第二通道和第三通道，所述第二通道和所述第三通道均与所述第一通道连通，所述第二通道和所述第三通道的出口分别朝向两侧的所述过水通道。

作为优选方案，所述挡水结构整体为圆柱形结构。

作为优选方案，所述第一通道的中心线分别与所述第二通道和所述第三通道的中心线的夹角相同。

作为优选方案，所述第一通道的中心线分别与所述第二通道和所述第三通道的中心线的夹角为120±5°。

作为优选方案，所述流道腔的长度为L1，所述挡水结构的中心与所述流道腔的进口的距离为d1，所述d1为所述L1的1/2～3/4倍。

作为优选方案，所述第一通道的进口宽度大于出口宽度，所述第二通道和第三通道的进口宽度大于出口宽度。

作为优选方案，相邻的两个所述流道腔之间通过正对的两个尖齿构成的缩孔连通。

作为优选方案，所述尖齿的迎水侧和背水侧与所述流道腔的内侧壁之间均为圆弧过渡。

本发明提供一种灌水器，包括上述方案中任一项所述的三通形分流绕流流道。

作为优选方案，依次串联的多个流道腔形成并排的至少两列流道单元，多列所述流道单元形成的整体的一端为进水口、另一端为出水口，所述进水口为栅格式进水口。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的三通形分流绕流流道，液体在流道腔内部流通，液体经过挡水结构时，部分液体进入到挡水结构内的分流通道，部分液体从挡水结构的两侧的过水通道流过。进入到挡水结构内的液体，在分流通道的第一通道的入口突缩，然后经第二通道和第三通道分流，液体在突缩和分流时会使液体耗能；另外，从挡水结构的分流通道内流出的液体，在朝向两侧的过水通道流出时，通过与在过水通道内流动的液体发生对冲、掺混，使不同流速的水流相互耗能，可进一步地进行剧烈地耗能；

并且，由于从挡水结构的分流通道内流出的液体与在过水通道内流动的液体的对冲、掺混，将会有多个微小涡流产生，通过该微小涡流在一定程度上可对流道进行清洗，减缓堵塞；

从挡水结构的分流流道内流出的液体与在过水通道内流动的液体经过对冲、掺混后，在两侧各形成一股，然后共同朝向流道腔的出口流动，并在缩孔的作用下再次对冲，进入到下一流道腔内。

2.本发明提供的三通形分流绕流流道，挡水结构整体为圆柱形结构，其圆弧段与流道腔的内壁之间形成所述过水通道。

3.本发明提供的三通形分流绕流流道，第一通道的中心线分别与第二通道和第三通道的中心线的夹角相同，液体在分流通道内进行耗能流通时，可将第一通道内的主流均匀的分散到第二通道和第三通道内。

4.本发明提供的三通形分流绕流流道，第一通道的中心线分别与第二通道和第三通道的中心线的夹角为120±5°，从第二通道和第三通道流出的液体可沿两侧的过水通道与过水通道内的液体形成一股，然后共同朝向流道腔的出口流动。

5.本发明提供的三通形分流绕流流道，流道腔的长度为L1，挡水结构的中心与流道腔的进口的距离为d1，所述d1为所述L1的1/2～3/4倍；液体从进口进入到流道腔内后，在流道腔内经过一段较长的直流道，通过该直流道可促进掺混完全发展进行耗能；另外，在该直流道的两侧，液体可形成两处涡流，并且该两处涡流处于动态变换状态，可对流道进行自清洗，减缓堵塞发生。

6.本发明提供的三通形分流绕流流道，挡水结构内的第一通道的进口宽度大于出口宽度，第二通道和第三通道的进口宽度大于出口宽度；液体进入渐缩的通道后，通过渐缩能够使液体耗能，同时渐缩的通道还能够使液体进行加速，增强流出后的对冲、掺混。

7.本发明提供的三通形分流绕流流道，缩孔结构通过两个相对的尖齿形成，从分流通道流出的液体与过水通道内的液体充分掺混后，通过冲刷尖齿，一定程度减缓堵塞，然后朝向流道腔的出口流动。

8.本发明提供的三通形分流绕流流道，缩孔结构的迎水侧和背水侧与流道腔的内侧壁之间均为圆弧过渡，可减小过流速度零区的面积，利于齿尖后所形成的涡流进行自清洗，并减缓堵塞。

9.本发明提供的灌水器，依据三通管、圆柱绕流现象以及植物管胞内的凹坑构造，利用水流由长直流道进入挡水结构进口处的突缩结构进行耗能，在挡水结构内通过渐缩流道进行加速流动和耗能，然后通过分流耗能，再使液体从挡水结构内流出，从挡水结构内流出的液体通过与两侧的过水通道内流动的液体进行对冲、掺混，从而进行剧烈的耗能；

水流由长直流道进入挡水结构两侧的过水通道时，经过两侧的渐缩结构进行加速和耗能，然后在尖齿的根部通过与从挡水结构内流出的液体对冲、掺混进行耗能，使灌水器整体具有良好消能效果、出水均匀性好、过水面积大且流动死区少、可自清洗具有一定抗堵性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的灌水器的一种实施方式的内部结构主视图。

图2为本发明的三通形分流绕流流道的局部放大图。

图3为本发明的实施例的灌水器进行水力性能模拟得到的压力-流量关系曲线图。

图4为本发明的实施例的三通形分流绕流流道的水流流线图。

图5为本发明的实施例的三通形分流绕流流道的速度矢量图。

附图标记说明：

1、流道腔；2、缩孔结构；3、挡水结构；4、过水通道；5、第一挡水件；6、第二挡水件；7、分水件；8、第一通道；9、第二通道；10、第三通道；11、尖齿；12、进水口；13、出水口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实施例提供一种灌水器，包括:进水口12、出水口13和依次串联的多个流道腔1。依次串联的多个流道腔1形成并排的两列流道单元，两列所述流道单元形成的整体的一端为进水口12、另一端为出水口13；并且，所述进水口12为栅格式进水口12。另外，作为一种可替换实施方式，所述流道单元还可以是除了两列以外的更多或更少列。

如图1所示，依次串联的多个所述流道腔1内为三通形分流绕流流道，相邻的两个所述流道腔1之间通过缩孔结构2连通，所述流道腔1内，在靠近流道腔1的出口的正前方设有挡水结构3。

如图2所示，所述流道腔1的总长L1为2.25mm，流道宽度H1为1.33mm。所述挡水结构3的两侧与所述流道腔1的内壁之间具有过水通道4。所述挡水结构3整体为圆柱形结构，所述挡水结构3的圆柱半径为0.5mm。所述挡水结构3的内部具有由中间朝向两侧分流的分流通道，具体的挡水结构3包括：第一挡水件5、第二挡水件6和分水件7。

所述第一挡水件5设置在所述挡水结构3的一侧，所述第二挡水件6设置在与所述第一挡水件5相对的所述挡水结构3的另一侧，所述第一挡水件5与所述第二挡水件6之间形成朝向所述流道腔1的进口的第一通道8，所述第一通道8的进口宽度大于出口宽度，所述第一通道8的进口宽度为0.4mm、出口宽度为0.3mm。

所述分水件7阻挡在所述第一通道8的正后方，并与所述第一挡水件5和所述第二挡水件6之间分别形成第二通道9和第三通道10，所述第二通道9和所述第三通道10均与所述第一通道8连通，所述第二通道9和第三通道10的进口宽度大于出口宽度，所述第二通道9和第三通道10的进口宽度为0.3mm、出口宽度为0.1mm，所述第二通道9和所述第三通道10的出口分别朝向两侧的所述过水通道。由于第一通道8、第二通道9和第三通道10的宽度均为逐渐缩窄，因此，通过渐缩的通道可使液体在流动过程中进行加速和耗能，相对于在挡水结构外界流动的液体，经过第一通道8、第二通道9和第三通道10的液体可形成不同的流速，在与外界液体进行对冲、掺混的过程中，可使耗能效果增大；另外，作为一种可替换实施方式，所述第一通道8、第二通道9和第三通道10还可以采用直流道。

所述第一通道8的中心线分别与所述第二通道9和所述第三通道10的中心线的夹角相同，均为120°。另外，作为一种可替换实施方式，所述第一通道8的中心线分别与所述第二通道9和所述第三通道10的中心线的夹角可为120±5°范围的其他角度。

所述挡水结构3与所述流道腔1的进口的距离为d1，所述挡水结构3与所述流道腔1的出口的距离为d2，所述流道腔1的长度为L1，所述d1的长度与所述d2的长度的总和为所述流道腔1的长度为L1，所述d1为所述L1的1/2～3/4倍。在本实施例中，由于流道腔1的总长L1为2.25mm，流道宽度H1为1.33mm，因此取d1的值为1.65mm，相应的d2的值为0.6mm。在上一流道腔1内流出的液体，在经过尖齿11形成的突缩处后，在本流道腔1内具有d1长度的直流道内形成两处涡流，即可促进掺混完全发展进行耗能也可对流道进行自清洗，减缓堵塞发生。

所述缩孔结构2通过两个相对的尖齿11形成，尖齿11的迎水侧和背水侧与流道腔1的内侧壁之间均为圆弧过渡，圆弧的半径为0.15mm，尖齿11的齿高H2为0.4mm、齿宽L2为0.43mm，其中齿宽L2包括圆弧段。通过圆弧过渡，使流道腔1内的流道死角处结构光滑，无长期流动死区，并可进行一定程度较大范围的自清洗，提高抗堵塞性能。

如图3所示，为在CFD分析软件FLUENT中进行了采用本实施例的三通形分流绕流的滴灌灌水器的水力性能模拟，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＝0.1621p^0.5426，流态指数为0.5426，水力性能良好。压力随流道单元数增加而降低，流道单元的耗能作用明显。

如图4所示，为本实施例的三通形分流绕流流道的水流流线图，图中左侧表示为水流的速度对照表。从图中可以看出，液体在三通形分流绕流流道内经过突缩、突扩以及产生涡流、对冲等水流形态，水流紊乱耗能效果较明显。液体在滴灌灌水器内运动，经历多次突缩、对冲、绕流、突扩结构，并在流道腔1内产生涡旋、掺混等一系列效应，以此降低水流流速，最终产生均匀出流。

如图5所示，为本实施例的三通形分流绕流流道的速度矢量图，图中左侧表示为水流的速度对照表。从图中可以看出，利用三通形分流绕流组合式结构对水流耗能作用明显，整个流道结构连续均匀速度零区较少，唯一低速区位于漩涡中心处，但涡流位置会不断变化浮动，不易产生堵塞物质沉积，因此该灌水器长期使用不易产生堵塞。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种三通形分流绕流流道，其特征在于，包括：依次串联的多个流道腔（1），相邻的两个所述流道腔（1）之间通过缩孔结构（2）连通；所述流道腔（1）内，在靠近流道腔（1）的出口的正前方设有挡水结构（3），所述挡水结构（3）的两侧与所述流道腔（1）的内壁之间具有过水通道（4），所述挡水结构（3）的内部具有由中间朝向两侧分流的分流通道，所述挡水结构（3）整体为圆柱形结构；

所述挡水结构（3）包括：

第一挡水件（5），设置在所述挡水结构（3）的一侧；

第二挡水件（6），设置在与所述第一挡水件（5）相对的所述挡水结构（3）的另一侧，所述第一挡水件（5）与所述第二挡水件（6）之间形成朝向所述流道腔（1）的进口的第一通道（8）；

分水件（7），阻挡在所述第一通道（8）的正后方，并与所述第一挡水件（5）和所述第二挡水件（6）之间分别形成第二通道（9）和第三通道（10），所述第二通道（9）和所述第三通道（10）均与所述第一通道（8）连通，所述第二通道（9）和所述第三通道（10）的出口分别朝向两侧的所述过水通道；

所述第一通道（8）的中心线分别与所述第二通道（9）和所述第三通道（10）的中心线的夹角相同，所述第一通道（8）的中心线分别与所述第二通道（9）和所述第三通道（10）的中心线的夹角为120±5°，所述第一通道（8）的进口宽度大于出口宽度，所述第二通道（9）和第三通道（10）的进口宽度大于出口宽度。

2.根据权利要求1所述的三通形分流绕流流道，其特征在于，所述流道腔（1）的长度为L1，所述挡水结构（3）的中心与所述流道腔（1）的进口的距离为d1，所述d1为所述L1的1/2～3/4倍。

3.根据权利要求1所述的三通形分流绕流流道，其特征在于，相邻的两个所述流道腔（1）之间通过正对的两个尖齿（11）构成的缩孔连通。

4.根据权利要求3所述的三通形分流绕流流道，其特征在于，所述尖齿（11）的迎水侧和背水侧与所述流道腔（1）的内侧壁之间均为圆弧过渡。

5.一种灌水器，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的三通形分流绕流流道。

6.根据权利要求5所述的灌水器，其特征在于，依次串联的多个流道腔（1）形成并排的至少两列流道单元，多列所述流道单元形成的整体的一端为进水口（12）、另一端为出水口（13），所述进水口（12）为栅格式进水口（12）。