CN116369160A - 一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器及其使用方法 - Google Patents

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王亚林
吴雨芯
孙旭曙
燕乔
夏栋
杨忠勇
朱士江
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    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

本发明公开一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器及其使用方法,包括一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,它包括多个可拼接在一起的灌水器单元,所述灌水器单元内设有仿生消能流道,所述仿生消能流道两端分别设有入水口和出水口,所述仿生消能流道中部区域设有一个或多个仿生灌水器流道单元,所述仿生灌水器流道单元包括中心通水主流道,所述中心通水主流道侧部设有多个与其连通的仿喇叭花结构支流道;本发明可在减缓滴灌灌水器内水流流量的同时,能够根据实际情况选择灌水器个数,快速且自由地控制灌水水流流量大小,同时也方便拆卸清洗。

Description

一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器及其使用方法
技术领域
本发明涉及灌水器制造设计技术领域,具体地指一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器及其使用方法。
背景技术
滴灌因其高效的节水能力在干旱缺水地区广泛应用,其利用塑料管道将水通过毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。滴灌系统中最核心的灌水器部件通过流道结构和形式的变化,使水流紊动,调节水流压力,达到消能的作用,使水流从流射状变为滴水状流出,提高灌水器稳流性能。然而目前对于灌水器内水流流量的调节过程仅限于灌水器本身设计流道结构的长短或复杂度,由于灌水器本身消能参数已经固定,所以需要选择合适消能参数的灌水器,以获得相应流量的灌水水流,然而在实际灌水过程中,所需要的灌水水流流量情况较多,因此准备对应不同水流流量的灌水器则会导致灌水器的使用过程变得复杂,人们需要去不断拆装不同消能参数的灌水器,以刚好试出能够对应相应水流流量的合适灌水器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器及其使用方法,可在减缓滴灌灌水器内水流流量的同时,能够根据实际情况选择灌水器个数,快速且自由地控制灌水水流流量大小,同时也方便拆卸清洗。
本发明为解决上述技术问题,所采用的技术方案是:一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,它包括多个可拼接在一起的灌水器单元,所述灌水器单元内设有仿生消能流道,所述仿生消能流道两端分别设有入水口和出水口,所述仿生消能流道中部区域设有一个或多个仿生灌水器流道单元,所述仿生灌水器流道单元包括中心通水主流道,所述中心通水主流道侧部设有多个与其连通的仿喇叭花结构支流道。
优选地,多个灌水器单元相邻的区域设有可接龙连接口连接。
优选地,所述可接龙连接口包括位于其中一个灌水器单元一端的内螺纹管和另一个灌水器单元一端的外螺纹管。
优选地,第一个灌水器单元的入水口位置设有承接插管。
优选地,多个仿喇叭花结构支流道以中心通水主流道为中心轴呈环形阵列均匀分布。
优选地,四个仿喇叭花结构支流道以中心通水主流道为中心轴呈环形阵列均匀分布;所述仿生消能流道内设有两个仿生灌水器流道单元。
优选地,所述仿喇叭花结构支流道一端通过支流分流处与中心通水主流道输入端连通,所述仿喇叭花结构支流道另一端通过弯曲汇流处与中心通水主流道输出端连通。
优选地,所述出水口所在位置还设有拦污栅格,所述拦污栅格为圆盘结构,其表面均匀分布有多个透水圆孔。
另外,本发明还公开上述水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的使用方法,它包括如下步骤:
S1:根据灌水所需要的水流流量来预先选择相应个数的灌水器单元,然后将其组装拼接在一起,并使得第一个灌水器单元的承接插管插入到水管出水位置,从而安装好整个灌水器;
S2:水流从水管出水位置进入到承接插管,然后依次经过多个灌水器单元;
S3:在流经每一个灌水器单元时,水流先通过入水口进入到仿生消能流道内,然后经过其内的仿生灌水器流道单元,进行消能过程;
S4:经过仿生灌水器流道单元消能的水流再经过下一个灌水器单元,最终从最后一个灌水器单元的出水口流出,进行灌水过程;
S5:若需要进一步减小灌水的水流流量,则再增加相应个数的灌水器单元,若需要增大灌水的水流流量,则减少相应个数的灌水器单元。
进一步地,S3中在仿生灌水器流道单元的消能过程具体如下:
在进入相应的仿生灌水器流道单元时,水流一部分进入中心通水主流道,另一部分通过支流分流处进入到仿喇叭花结构支流道一端内,然后水流从仿喇叭花结构支流道另一端通过弯曲汇流处,在弯曲汇流处剧烈撞击形成漩涡,并与中心通水主流道输出端出来的水汇合,在汇合过程中,在汇流处对中心通水主流道输出端出来的水进行冲击,减缓主水流的流动速度,产生消能作用。
本发明的有益效果:
1、本发明水流进入中心通水主流道后,一部分通过支流分流处进入到仿喇叭花结构支流道分流,分流后流速减小,在仿喇叭花结构支流道的流道拐弯处压力最大,汇流后,在弯曲汇流处剧烈撞击形成漩涡,且在汇流处对主水流进行冲击,减缓主水流的流动速度,产生消能作用;
2、本发明灌水器单元连接个数越多,仿生灌水器流道单元个数增加,消能效果越好,因此可根据所需要的灌水水流流量来设置相应的灌水器单元连接个数,以此来不断减缓流道内的水流速度,最终达到目标效果;由此提出,在实际应用中可根据具体情况具体使用,在需水量大的农作物灌溉时,可使用1个或较少的灌水器单元,在需水量小的农作物灌溉中,可使用较多的灌水器单元相连接,提高灌水均匀度。
3、本发明中的拦污栅格可拦截大颗粒物,由于栅格断面与流道有一定的空间距离,颗粒物被拦截后,直接累积到栅格断面与流道之间的空间区域,而不是在流道内,在冲洗或者反冲洗的时候,泥沙颗粒可以被冲走,避免堵塞流道。
4、本发明可在减缓滴灌灌水器内水流流量的同时,能够根据实际情况选择灌水器个数,快速且自由地控制灌水水流流量大小,同时也方便拆卸清洗。
附图说明
图1为一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的完整结构示意图;
图2为图1的1/4剖面结构示意图;
图3为图1中灌水器单元内部的仿生消能流道的放大结构示意图;
图4为一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的拦污栅格放大结构示意图;
图5为一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器内流体数值模拟流场压力分布图;
图6为一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器内流体数值模拟流场速度分布图;
图7为不同个数灌水器单元的数值模拟的压力-流量关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1:如图1至4所示,一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,它包括多个可拼接在一起的灌水器单元1,所述灌水器单元1内设有仿生消能流道2,所述仿生消能流道2两端分别设有入水口4和出水口5,所述仿生消能流道2中部区域设有一个或多个仿生灌水器流道单元6,所述仿生灌水器流道单元6包括中心通水主流道7,所述中心通水主流道7侧部设有多个与其连通的仿喇叭花结构支流道8。在本实施例中,灌水器单元1整体为圆柱形,其底面半径为7mm,竖直高度大约18mm,入水口4为边长为1.5mm的正方形结构, 仿生消能流道2长度范围为7~7.5mm。
优选地,多个灌水器单元1相邻的区域设有可接龙连接口3连接。通过可接龙连接口3可以实现多个灌水器单元1的拆装过程。
优选地,所述可接龙连接口3包括位于其中一个灌水器单元1一端的内螺纹管9和另一个灌水器单元1一端的外螺纹管10。可接龙连接口3采用内螺纹管9和外螺纹管10的螺纹配合过程后,方便实现了多个灌水器单元1的拆装过程。
优选地,第一个灌水器单元1的入水口4位置设有承接插管11。承接插管11方便插入到水管出水位置,实现整个灌水器与水管出水口的对接过程。
优选地,多个仿喇叭花结构支流道8以中心通水主流道7为中心轴呈环形阵列均匀分布。
优选地,四个仿喇叭花结构支流道8以中心通水主流道7为中心轴呈环形阵列均匀分布;所述仿生消能流道2内设有两个仿生灌水器流道单元6。
优选地,所述仿喇叭花结构支流道8一端通过支流分流处12与中心通水主流道7输入端连通,所述仿喇叭花结构支流道8另一端通过弯曲汇流处13与中心通水主流道7输出端连通。在本实施例中,水流在流经每一个灌水器单元1时,水流先通过入水口4进入到仿生消能流道2内,然后经过其内的仿生灌水器流道单元6,此时,水流一部分进入中心通水主流道7,另一部分通过支流分流处12进入到仿喇叭花结构支流道8一端内,然后水流从仿喇叭花结构支流道8另一端通过弯曲汇流处13,在弯曲汇流处13剧烈撞击形成漩涡,并与中心通水主流道7输出端出来的水汇合,在汇合过程中,在汇流处对中心通水主流道7输出端出来的水进行冲击,减缓主水流的流动速度,具有消能作用。
优选地,所述出水口5所在位置还设有拦污栅格14,所述拦污栅格14为圆盘结构,其表面均匀分布有多个透水圆孔15。本实施例中,拦污栅格14可拦截大颗粒物,由于栅格断面与流道有一定的空间距离,颗粒物被拦截后,直接累积到栅格断面与流道之间的空间区域,而不是在流道内,在冲洗或者反冲洗的时候,泥沙颗粒可以被冲走,避免堵塞流道。
另外,本发明还公开上述水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的使用方法,它包括如下步骤:
S1:根据灌水所需要的水流流量来预先选择相应个数的灌水器单元1,然后将其组装拼接在一起,并使得第一个灌水器单元1的承接插管11插入到水管出水位置,从而安装好整个灌水器;在本实施例中,通过增加灌水器单元1个数,使仿生灌水器流道单元6个数增加,这样水流的流动速度减小,则水流在一定时间内的流量也相应减小,因此可根据所需要的水流流量来预先设置相应的灌水器连接个数,以此来不断减缓流道内的水流速度,最终达到目标效果。
S2:水流从水管出水位置进入到承接插管11,然后依次经过多个灌水器单元1;
S3:在流经每一个灌水器单元1时,水流先通过入水口4进入到仿生消能流道2内,然后经过其内的仿生灌水器流道单元6,进行消能过程;
S4:经过仿生灌水器流道单元6消能的水流再经过下一个灌水器单元1,最终从最后一个灌水器单元1的出水口5流出,进行灌水过程;
S5:若需要进一步减小灌水的水流流量,则再增加相应个数的灌水器单元1,若需要增大灌水的水流流量,则减少相应个数的灌水器单元1。
进一步地,S3中在仿生灌水器流道单元6的消能过程具体如下:
在进入相应的仿生灌水器流道单元6时,水流一部分进入中心通水主流道7,另一部分通过支流分流处12进入到仿喇叭花结构支流道8一端内,然后水流从仿喇叭花结构支流道8另一端通过弯曲汇流处13,在弯曲汇流处13剧烈撞击形成漩涡,并与中心通水主流道7输出端出来的水汇合,在汇合过程中,在汇流处对中心通水主流道7输出端出来的水进行冲击,减缓主水流的流动速度,产生消能作用。
实施例2
本实施例采用了CFD分析方法,对所述的灌水器流道内流体压力分布和速度分布进行了数值模拟仿真。
如图5所示,图中箭头方向为水流方向,通过观察图5可知流体在进入第一个仿生灌水器流道单元6时整体压力较大,在其仿喇叭花结构支流道8的流道拐弯处压力最大,而第二个仿生灌水器流道单元6整体压力就变小,到出口处压力最小。
如图6所示,图中箭头方向为水流方向,通过观察图6可知中心通水主流道7内流速整体大于仿喇叭花结构支流道8内流速,在支流与主流汇流的下方,流速突然变大,说明此处紊流剧烈,较大程度上消耗了水流能量。
实施例3
本实施例对所述灌水器进行4种不同连接个数情况下(分别为使用1、2、3、4个灌水器相连接)的数值模拟仿真,在入水口设置不同的速度,得到了对应的入出水口压力差值,根据结果进行幂函数拟合得到了不同个数灌水器的压力-流量关系曲线图及关系式,如图7所示,图中的横坐标为入出口压力差p(m),纵坐标为入口流量Q(L/h),可以得到随着灌水器单元1连接个数的变化,水力参数也发生变化。由图可以看出,随着灌水器单元1连接个数的增加,流量系数和流态指数都逐渐降低。灌水器单元1为一个时,流态指数为0.5028,而4个灌水器单元1相连接时,流态指数仅为0.4738,此时水力性能较灌水器为1个时更好。
结合图5和图6分析可知,在流道入口压力较大,此时水流流速也大,水流由所述承接插管11的入水口4流入中心通水主流道7,一部分通过支流分流处12进入到仿喇叭花结构支流道8分流,分流后流速减小,在仿喇叭花结构支流道8的流道拐弯处压力最大,汇流后,在弯曲汇流处13剧烈撞击形成漩涡,且在汇流处对主水流进行冲击,减缓主水流的流动速度,产生消能作用,灌水器单元1连接个数越多,仿生灌水器流道单元6个数增加,消能效果越好。
由此提出,在实际应用中可根据具体情况具体使用,在需水量大的农作物灌溉时,可使用1个或较少的灌水器单元1,在需水量小的农作物灌溉中,可使用较多的灌水器单元1相连接,提高灌水均匀度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:它包括多个可拼接在一起的灌水器单元(1),所述灌水器单元(1)内设有仿生消能流道(2),所述仿生消能流道(2)两端分别设有入水口(4)和出水口(5),所述仿生消能流道(2)中部区域设有一个或多个仿生灌水器流道单元(6),所述仿生灌水器流道单元(6)包括中心通水主流道(7),所述中心通水主流道(7)侧部设有多个与其连通的仿喇叭花结构支流道(8)。
2.根据权利要求1所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:多个灌水器单元(1)相邻的区域设有可接龙连接口(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:所述可接龙连接口(3)包括位于其中一个灌水器单元(1)一端的内螺纹管(9)和另一个灌水器单元(1)一端的外螺纹管(10)。
4.根据权利要求1所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:第一个灌水器单元(1)的入水口(4)位置设有承接插管(11)。
5.根据权利要求1所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:多个仿喇叭花结构支流道(8)以中心通水主流道(7)为中心轴呈环形阵列均匀分布。
6.根据权利要求5所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:四个仿喇叭花结构支流道(8)以中心通水主流道(7)为中心轴呈环形阵列均匀分布;所述仿生消能流道(2)内设有两个仿生灌水器流道单元(6)。
7.根据权利要求1所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:所述仿喇叭花结构支流道(8)一端通过支流分流处(12)与中心通水主流道(7)输入端连通,所述仿喇叭花结构支流道(8)另一端通过弯曲汇流处(13)与中心通水主流道(7)输出端连通。
8.根据权利要求1所述的一种水力参数可调仿喇叭花流道灌水器,其特征在于:所述出水口(5)所在位置还设有拦污栅格(14),所述拦污栅格(14)为圆盘结构,其表面均匀分布有多个透水圆孔(15)。
9.一种权利要求1至8任一项所述水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的使用方法,其特征在于:它包括如下步骤:
S1:根据灌水所需要的水流流量来预先选择相应个数的灌水器单元(1),然后将其组装拼接在一起,并使得第一个灌水器单元(1)的承接插管(11)插入到水管出水位置,从而安装好整个灌水器;
S2:水流从水管出水位置进入到承接插管(11),然后依次经过多个灌水器单元(1);
S3:在流经每一个灌水器单元(1)时,水流先通过入水口(4)进入到仿生消能流道(2)内,然后经过其内的仿生灌水器流道单元(6),进行消能过程;
S4:经过仿生灌水器流道单元(6)消能的水流再经过下一个灌水器单元(1),最终从最后一个灌水器单元(1)的出水口(5)流出,进行灌水过程;
S5:若需要进一步减小灌水的水流流量,则再增加相应个数的灌水器单元(1),若需要增大灌水的水流流量,则减少相应个数的灌水器单元(1)。
10.根据权利要求9所述水力参数可调仿喇叭花流道灌水器的使用方法,其特征在于:
S3中在仿生灌水器流道单元(6)的消能过程具体如下:
在进入相应的仿生灌水器流道单元(6)时,水流一部分进入中心通水主流道(7),另一部分通过支流分流处(12)进入到仿喇叭花结构支流道(8)一端内,然后水流从仿喇叭花结构支流道(8)另一端通过弯曲汇流处(13),在弯曲汇流处(13)剧烈撞击形成漩涡,并与中心通水主流道(7)输出端出来的水汇合,在汇合过程中,在汇流处对中心通水主流道(7)输出端出来的水进行冲击,减缓主水流的流动速度,产生消能作用。
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