自动调流式滴头的内部流场数值模拟

冯俊杰，刘 杨，蔡九茂，邓 忠，李 浩，黄修桥

(中国农业科学院农田灌溉研究所/河南省节水农业重点实验室，河南 新乡 453002)

滴头是滴灌系统的“心脏”，其水力性能直接影响整个滴灌系统的灌溉效果、运行费用和寿命[1]。实际应用过程中，现有滴头的出水量均是根据理论计算和经验总结的“额定数”，以“被动计划”的出水方式实施灌溉，具有明显的“人为主观性”，“适时、适量灌水”的理想效果不高，会出现因灌水不足或灌水过量而使作物生长受到胁迫的现象[2]。自动调流式滴头是一种复合功能的滴头模型，它通过增添流量控制体部件，由原来常规的“人为计划灌水”变为现有“主动按需取水”模式[3-6]，既实现了滴头出流的补偿功能，又具有特定的土壤水分实时感知、灌水量自动调节等功能，并以土壤的实际水分状况为控制条件，达到灌溉水量的精准控制，保证了灌溉水量与土壤墒情的协调一致[7]。

由于滴头的流道宽度一般在1.0 mm左右，具有出流稳定性难控制、易被污物堵塞的致命弱点[8-10]。为分析自动调流式滴头的消能效果、出流稳定性和抗堵塞性等，运用AutoCAD软件、计算流体力学CFD方法的Fluent软件，建立自动调流式滴头“消能流道+汇流腔”形成的流量控制组合体的二维实体模型，从理论上进行内部流道的水流速度场、流线变化的数值计算和仿真模拟，以研究灌溉水流在自动调流式滴头流道内水流的流速、压力分布和流动规律等性能[11,12]，为提出自动调流式滴头的适宜工作压力、分析实时出水流量和灌水均匀度、抗堵塞性等水力性能、进一步优化改进关键部件结构、材质选配等提供科学依据[13-15]。……