基于Ansys Fluent的壓力對灌水器流道單元水力特性及抗堵塞性能探究

翟英劍，吳文勇，，王振華，胡雅琪，許 虎

（1.石河子大學(xué)，新疆石河子 832000；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100084）

0 引 言

滴灌以其節(jié)水省肥、灌水均勻、增產(chǎn)高效等優(yōu)勢在節(jié)水灌溉領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[1]，并且隨著滴灌技術(shù)的日趨成熟，逐漸被越來越多的農(nóng)戶所青睞。但滴灌灌水器因其流道尺寸狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜所導(dǎo)致易堵塞的難題卻始終沒有得到根本性解決，成為限制滴灌技術(shù)大面積普及的一道鴻溝。

灌水器流道工作性能優(yōu)劣是衡量灌水器質(zhì)量好壞的重要依據(jù)[2]，但灌水器流道作為一個狹小的半封閉空間，傳統(tǒng)測量方式無法直觀地獲取流道流體的流動狀態(tài)參數(shù)，嚴(yán)重阻礙了流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，而計(jì)算流體力學(xué)通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和可視化處理將流體流動等相關(guān)的物理現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值分析[3]，能夠以圖像的形式清晰地呈現(xiàn)出來。

目前國內(nèi)外眾多學(xué)者針對灌水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)對其消能、抗堵塞以及水力性能的影響，借助試驗(yàn)、數(shù)值模擬與理論分析等方法做了大量的工作[4-7]。部分研究者借助數(shù)值模擬方法對灌水器流道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在一定程度上緩解了灌水器堵塞問題。張琴[8]等利用Fluent 軟件對灌水器流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)消除了旋渦區(qū)和流速滯止區(qū)的流道，其抗堵塞性能明顯提高；之后金文[9]等人針對旋渦區(qū)提出了流道改造方案，模擬計(jì)算結(jié)果顯示改造后的流道在防堵塞和穩(wěn)定出流方面效果明顯；馬睿佳、楚華麗等[10,11]采用數(shù)值模擬的方法在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上細(xì)化了流道參數(shù)，得到了具有較好水力性能和抗堵性能的最優(yōu)灌水器結(jié)構(gòu)；張愛習(xí)[12]等通過數(shù)值模擬的方法對比分析了3種流道模型的流量差異，并且優(yōu)化了流道模型，在降低運(yùn)算量的同時還保證了模型的預(yù)測精度。王文娥、Zhang Jun 等[13-15]人從顆粒運(yùn)移的角度模擬了灌水器流道內(nèi)的顆粒濃度分布和運(yùn)動軌跡，深入分析了顆粒的分布和運(yùn)動規(guī)律。楊彬、張俊等[16,17]對灌水器流道內(nèi)流場進(jìn)行兩相流模擬，發(fā)現(xiàn)每個單元流道不同部位的流體流速相差較大，并且存在旋渦區(qū)，部分顆粒會在渦團(tuán)中心處沉淀導(dǎo)致灌水器堵塞，齒尖是湍動能耗散最嚴(yán)重的區(qū)域，對提高灌水器的消能效果起到了關(guān)鍵性的作用。

綜上所述，眾多學(xué)者在迷宮流道灌水器水力性能方面借助仿真軟件進(jìn)行了大量深入的探究，對促進(jìn)迷宮流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。然而相關(guān)研究主要集中在流道尺寸、流道型式以及攔污柵等方面，關(guān)于迷宮灌水器在不同壓力工況下不同流道單元的水力性能探究尚未有學(xué)者做出詳細(xì)的探究。本文在前人研究基礎(chǔ)上對迷宮灌水器流道部位進(jìn)行仿真模擬，探究其在不同壓力條件下的內(nèi)部壓降、流速、湍流動能等湍流特性以及不同粒徑顆粒的運(yùn)動軌跡，揭示不同壓力下迷宮流道內(nèi)部水流的運(yùn)動機(jī)理。

1 梯形迷宮流道建模與計(jì)算

1.1 控制方程

迷宮流道灌水器內(nèi)部的流體可視為不可壓縮的連續(xù)性流體，管道流動的基本控制方程為連續(xù)性方程與N-S方程。

連續(xù)性方程：

Navier-Stokers方程：

式中：V為流速，m/s；p為流體壓力，Pa；ν為運(yùn)動粘度系數(shù)，m2/s；ρ為水的密度，kg/m3；f為質(zhì)量力，N。

1.2 建立模型

應(yīng)用SolidWorks繪圖軟件參照灌水器流道實(shí)際尺寸按照1∶1 比例繪制幾何模型，迷宮流道結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖1，灌水器共8個流道單元，流道長度為11.83 mm，繪制完成后導(dǎo)入Ansys Workbench中，對梯形迷宮灌水器流道模型進(jìn)行邊界命名。

圖1 梯形迷宮灌水器（單位：mm）Fig.1 Trapezoidal labyrinth emitter

1.3 網(wǎng)格劃分

本文采用Ansys Mesh 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在劃分過程中對灌水器流道模型設(shè)置邊界層，保證網(wǎng)格質(zhì)量，提高計(jì)算準(zhǔn)確性。網(wǎng)格劃分如圖2所示，由于灌水器流道尺寸狹小，流道內(nèi)任意段均屬于物理量變化劇烈區(qū)域，所以本文采用整體逐漸加密的方法進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證。如圖3所示，M為網(wǎng)格數(shù)量，N為網(wǎng)格質(zhì)量0.6 以上網(wǎng)格單元占整體網(wǎng)格質(zhì)量的比重。網(wǎng)格質(zhì)量隨網(wǎng)格數(shù)量的增加而提高，當(dāng)網(wǎng)格達(dá)到一定數(shù)量之后，網(wǎng)格質(zhì)量趨于平緩。

圖2 梯形迷宮流道灌水器模型網(wǎng)格劃分Fig.2 Meshing of trapezoidal labyrinth channel emitter model

圖3 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)Fig.3 Grid-independent test

1.4 邊界條件

處理1：在迷宮流道灌水器流場計(jì)算中，對邊界條件作如下設(shè)定：水溫為23 ℃，相應(yīng)運(yùn)動粘度系數(shù)為1.003×10-6m2/s，密度為998.2 kg/m3；根據(jù)滴灌試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)口壓力設(shè)置為恒壓0.10、0.12、0.14、0.16 和0.18 MPa，因流道出口與大氣連通，所以出口壓力設(shè)置為0；由于灌水器內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水流在微小流道內(nèi)反復(fù)繞流，所以選用RNGk-ε紊流模型[18]，采用Simplic 算法以保證收斂效果，對流項(xiàng)等參數(shù)的離散均采用二階迎風(fēng)格式，流道壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法處理，壁面粗糙度設(shè)置為0.01 mm，內(nèi)壁面設(shè)為無滑移邊界。

處理2：在顆粒軌跡模擬中，湍流模型、壁面處理方法以及求解方法的選取和水力性能數(shù)值模擬相同，入口給定壓力條件分別為0.10、0.12、0.14、0.16 和0.18 MPa，出口為給定大氣壓，顆粒垂直入射，入射速度為相應(yīng)壓力條件下進(jìn)口處水流的最大速度，顆粒相為沙子，密度為2 500 kg/m3，粒徑分別為0.075、0.125 和0.20 mm，壁面設(shè)置彈性碰撞條件，考慮重力。

本文并未對灌水器柵格結(jié)構(gòu)以及流道進(jìn)出水處的儲水槽進(jìn)行模擬，因此結(jié)論存在一定局限性。

1.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證模擬模型選取與計(jì)算精度的可靠性，在5種運(yùn)行壓力工況下對此型號灌水器進(jìn)行清水試驗(yàn)，將試驗(yàn)所得流量實(shí)測值與模擬值進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，實(shí)測值與模擬值誤差在0.35%～6.41%之間，符合誤差要求。模型驗(yàn)證試驗(yàn)充分證明了本次模擬中模型選取、參數(shù)設(shè)置以及模擬計(jì)算精度的準(zhǔn)確性與可靠性。

表1 壓力-流量關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對比Tab.1 Comparison of discharge versus pressure between experimental results and calculated results

2 結(jié)果與分析

2.1 流道內(nèi)部流速特性

選擇流道模型1/2 深的平面作為監(jiān)視平面，圖4為模擬后所得5種壓力工況的流速矢量分布截圖，根據(jù)流速分布和流場結(jié)構(gòu)將流道單元劃分為主流區(qū)、齒尖區(qū)、迎水區(qū)、背水區(qū)和旋渦區(qū)。從圖4可以發(fā)現(xiàn)：各流道單元有著相似的流速矢量分布規(guī)律；主流區(qū)主要集中在迎水面齒尖附近，受流道結(jié)構(gòu)的影響呈現(xiàn)出波峰和波谷流動狀態(tài)，同時由于自身慣性的作用，流體的波峰和波谷與流道的齒形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出相隨趨勢。

圖4 流道內(nèi)部流速矢量圖Fig.4 Flow channel internal velocity vector diagram

根據(jù)流速大小分布，又可將流道內(nèi)的流場劃分為高速區(qū)和低速區(qū)。主流高速區(qū)流速大，流體更新較快，流體中的雜質(zhì)等小顆粒物質(zhì)不易發(fā)生沉積凝聚現(xiàn)象，所以主流高速區(qū)不是堵塞發(fā)生的主要區(qū)域[19]。模擬結(jié)果顯示，在低速區(qū)存在著明顯的流體回流的現(xiàn)象，這與李萍[20]等人的研究結(jié)果類似?；亓鞯牧黧w受流道結(jié)構(gòu)的影響會形成旋渦[17]。紊動強(qiáng)度較大的渦旋一方面可以實(shí)現(xiàn)迷宮流道的消能作用，另一方面，渦流對流道壁面的沖刷運(yùn)動既有清洗效果，也能有效地抑制微生物在流道內(nèi)壁面的生長[9,20]。另外，回流與主流交界區(qū)的摻混作用以及紊流的脈動性質(zhì)都會對細(xì)小顆粒的沉積產(chǎn)生阻力，對緩解灌水器流道堵塞有積極作用。

圖5為5 種壓力工況下各流道結(jié)構(gòu)單元內(nèi)主流區(qū)、齒尖區(qū)、迎水區(qū)、背水區(qū)、旋渦區(qū)以及進(jìn)、出口處的流速參數(shù)圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在同一壓力工況、同一流道結(jié)構(gòu)單元中，不同區(qū)域的流速分布大致如下：主流區(qū)＞齒尖區(qū)（迎水區(qū)）＞迎水區(qū)（齒尖區(qū)）＞背水區(qū)＞旋渦區(qū)；除進(jìn)出口位置附近處的流體流速受流道結(jié)構(gòu)變化的影響產(chǎn)生波動外，不同流道單元相同區(qū)域的流體流速基本維持在一個相對穩(wěn)定的流速范圍，見表2；前面介紹紊動強(qiáng)度較大的旋渦有助于緩解堵塞，深入分析旋渦區(qū)流速數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)大部分流道單元的背水區(qū)和旋渦區(qū)的流速普遍較低，分別為對應(yīng)主流區(qū)流速的（0.10 MPa：15%和2%、0.12 MPa：23%和21%、0.14 MPa：21%和10%、0.16 MPa：23%和25%、0.18 MPa：21%和34%），屬于低速滯止區(qū)，進(jìn)入灌水器流道的泥沙顆粒在流經(jīng)此區(qū)域時極易發(fā)生沉積，造成灌水器堵塞。

圖5 各流體區(qū)域速度矢量分布Fig.5 Velocity vector distribution of each fluid area

表2 灌水器流道各區(qū)域流速穩(wěn)定范圍Tab.2 Stable range of flow velocity in each area of the flow channel of the emitter

隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，灌水器流道內(nèi)部各區(qū)域流體流速相應(yīng)提高，但主流區(qū)流速并不完全隨系統(tǒng)壓力的升高而增大，例如0.16 MPa 對應(yīng)流速2.38 m/s 大于0.18 MPa 對應(yīng)流速2.19 m/s，說明流體流速對壓力的響應(yīng)在一定區(qū)間范圍內(nèi)有效，表現(xiàn)相似的還有背水區(qū)和迎水區(qū)；額定壓力工況下各流道單元旋渦區(qū)流速基本穩(wěn)定在0.1～0.2 m/s 左右；其他壓力工況下旋渦區(qū)流體流速有明顯升高，表明系統(tǒng)運(yùn)行壓力的提高增大了渦流流體流速；但第一流道單元旋渦區(qū)流速明顯低于第二流道單元，并且從第二流道單元開始隨流道延伸逐漸衰減，此結(jié)果與張愛習(xí)[12]等的模擬結(jié)果具有相似之處。

2.2 流道內(nèi)部壓力特性

選擇流道模型1/2 深的平面作為監(jiān)視平面，由于灌水器流道在流體流動過程中為封閉狀態(tài)，與外界基本不存在能量交換，因此流道內(nèi)部壓降變化只考慮水流機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生的局部損失和沿程損失[21,22]。圖中壓力值均為表壓。

圖6為5 種運(yùn)行壓力下流道結(jié)構(gòu)單元內(nèi)主流區(qū)、齒尖區(qū)、迎水區(qū)、背水區(qū)、旋渦區(qū)以及進(jìn)、出口處的壓力變化情況。將迷宮流道灌水器壓力調(diào)節(jié)能力數(shù)據(jù)化可以更加直觀的發(fā)現(xiàn)其分布及變化規(guī)律：在同一壓力下，隨著水流經(jīng)過流道單元數(shù)量的增加，整體流道內(nèi)部水流壓力呈線性降低趨勢，不同流體區(qū)域的壓力變化呈現(xiàn)相似規(guī)律，并且各流道單元段壓降基本在相同壓力范圍；在同一流道單元中，迎水區(qū)的壓力明顯高于其他區(qū)域，背水區(qū)的壓力最低，在第八流道單元中水流壓力發(fā)生紊亂，背水區(qū)出現(xiàn)負(fù)壓，出口附近壓力近似為0，達(dá)到消能效果，未對流道整體的壓力調(diào)節(jié)性能造成影響。

圖6 各流體區(qū)域壓力矢量分布Fig.6 Pressure vector distribution of each fluid area

隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，灌水器流道內(nèi)部壓降梯度增大，基本穩(wěn)定在系統(tǒng)運(yùn)行壓力的11%～13%；各區(qū)域壓力值相應(yīng)提高；第八流道單元背水區(qū)負(fù)壓值與系統(tǒng)運(yùn)行壓力呈現(xiàn)一定相關(guān)性：0.10 MPa （-177.33 Pa）、0.12 MPa （-509.52 Pa）、0.14 MPa（-411.93 Pa）、0.16 MPa（-880.79 Pa）和0.18 MPa（-982.38 Pa）；另外在0.16 MPa 和0.18 MPa 的運(yùn)行壓力工況下出口處分別出現(xiàn)-9.68 Pa和-13.98 Pa的負(fù)壓，表明系統(tǒng)運(yùn)行壓力超過額定壓力會對灌水器工作性能造成影響，運(yùn)行壓力越大，出口出現(xiàn)負(fù)壓的可能性越大，灌水器出現(xiàn)負(fù)壓吸泥現(xiàn)象[4,23]的幾率就越高。

2.3 流道內(nèi)部湍流動能變化特性

圖7為選擇流道模型1/2 深的平面作為監(jiān)視平面，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬后得到流道的湍流動能矢量分布圖。從圖7可以發(fā)現(xiàn)：在整個流道中，主流區(qū)是湍流動能強(qiáng)度相對較大的區(qū)域；除靠近進(jìn)出口位置的區(qū)域外，各流道單元的湍流動能分布規(guī)律相似；受水流特性和流道結(jié)構(gòu)的影響，湍流峰值出現(xiàn)在主流區(qū)的波峰波谷位置靠迎水區(qū)一側(cè)呈月牙狀分布。

圖7 湍流動能矢量圖Fig.7 Turbulent kinetic energy vector diagram

圖8是對流體局部湍流動能參數(shù)進(jìn)行提取繪制的區(qū)域湍流動能分布柱狀圖，深入分析發(fā)現(xiàn)：在各流道單元的相同區(qū)域中，除進(jìn)出口位置附近區(qū)域外，流體湍流動能基本保持穩(wěn)定；在同一流道結(jié)構(gòu)單元中，各區(qū)域的湍流動能差異較為明顯，主流區(qū)＞齒尖區(qū)＞旋渦區(qū)（迎水區(qū)）＞背水區(qū)；在靠近進(jìn)出口位置的流道單元中，部分區(qū)域的湍流動能出現(xiàn)較大的波動，究其原因是流體流動的約束條件突然發(fā)生變化，從而改變了流體湍流的分布規(guī)律；在整個迷宮流道中，主流區(qū)的湍流動能強(qiáng)度相對較大，說明在主流區(qū)，流體的動能較易轉(zhuǎn)化為湍流動能，水流的攜砂能力強(qiáng)，不易堵塞；背水區(qū)湍流動能強(qiáng)度最低，水流無法形成或維持湍流狀態(tài)，不利于泥沙運(yùn)移。

圖8 各流體區(qū)域湍動能分布Fig.8 Distribution of turbulent kinetic energy vector in each fluid area

隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，灌水器流道內(nèi)部流體湍流動能分布基本相同，主流區(qū)、齒尖區(qū)和迎水區(qū)湍流動能相應(yīng)提高，但旋渦區(qū)水流湍流動能值存在降低趨勢，分析原因認(rèn)為，流體流速受系統(tǒng)壓力以及流道結(jié)構(gòu)的共同影響，隨著壓力的增加，主流區(qū)流體受系統(tǒng)壓力影響大于流道結(jié)構(gòu)影響，而在旋渦區(qū)流體流速受流道結(jié)構(gòu)約束影響較大。說明提高系統(tǒng)運(yùn)行壓力在一定程度上強(qiáng)化了灌水器的出流能力，但并不能真正有效緩解灌水器堵塞問題。

2.4 離散相顆粒運(yùn)動特性

在5 種壓力工況下選取3 種粒徑顆粒作為研究對象，在同一迷宮流道中對3種粒徑砂粒的運(yùn)動軌跡進(jìn)行模擬，并對不同壓力下各粒子運(yùn)行特征參數(shù)進(jìn)行提取，結(jié)果如圖9和表3所示。從砂粒軌跡圖中可以發(fā)現(xiàn)：在相同壓力條件下，砂粒在迷宮流道中滯留時間隨其流經(jīng)流道長度的增加而增加，并且粒徑越大粒子的滯留時間就越長；不同粒徑砂粒的運(yùn)動軌跡不同，隨粒徑的增大，砂粒軌跡逐漸復(fù)雜；當(dāng)顆粒進(jìn)入旋渦區(qū)后，容易做無規(guī)律的渦團(tuán)運(yùn)動。

圖9 砂粒隨時間運(yùn)動軌跡圖Fig.9 Graph of sand grain movement trajectory with time

表3 不同壓力下各粒子運(yùn)行參數(shù)Tab.3 Operating parameters of each particle under different pressures

隨著系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，相同粒徑粒子的運(yùn)動軌跡逐漸紊亂，粒子通過能力降低；0.200 mm 粒徑粒子在0.16 MPa和0.18 MPa 運(yùn)行壓力下的運(yùn)動軌跡路程分別為711.897 mm、736.268 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流道長度11.83 mm，說明顆粒在流道中進(jìn)入旋渦區(qū)發(fā)生了回旋運(yùn)動，而0.125 mm 粒徑顆粒在0.18 MPa 運(yùn)行壓力下的運(yùn)動軌跡路程只有4.200 mm，說明粒子進(jìn)入流道后不久便發(fā)生了沉積；并且隨運(yùn)行壓力的升高，粒子的平均速度和最大速度均呈現(xiàn)增大趨勢，說明系統(tǒng)運(yùn)行壓力的增加直接引起流體流速的升高，間接增加了粒子與流道壁面的碰撞幾率，同時在壓力作用下流道結(jié)構(gòu)的約束作用逐漸顯現(xiàn)，增大了粒子進(jìn)入旋渦區(qū)的概率，表明較大的系統(tǒng)運(yùn)行壓力不利于大粒徑顆粒逃離旋渦區(qū)。

綜上所述，相對小粒徑砂粒來說，大粒徑砂粒的隨水性較差，砂粒與流道內(nèi)壁面易接觸發(fā)生摩擦，降低了泥沙顆粒的運(yùn)移速率，增加了泥沙顆粒沉積的可能性；相對于額定壓力來說，增大系統(tǒng)運(yùn)行壓力能夠促使小顆粒的運(yùn)移速率提高，而大粒徑顆粒在流道中的軌跡路程增加，更易發(fā)生沉積，造成灌水器堵塞。

3 討 論

本文對5種運(yùn)行壓力工況下迷宮灌水器的流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算，通過對灌水器內(nèi)部流場模擬結(jié)果分析作如下討論：

在流道內(nèi)部流場中，主流區(qū)流體流速明顯高于其他區(qū)域，流體更新較快，水流挾沙能力強(qiáng)，不易造成灌水器堵塞，這與前人所得結(jié)果相同。在主流區(qū)以外的其他區(qū)域存在明顯的回流現(xiàn)象，同時在流道壁面的約束作用以及主流流體的影響下形成旋渦，根據(jù)模擬結(jié)果分析可知，旋渦區(qū)的流速普遍較低，泥沙顆粒發(fā)生沉積的概率較大，對提高灌水器的抗堵塞性能不利。隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，流道內(nèi)部各區(qū)域流體流速相應(yīng)提高，但主流區(qū)、背水區(qū)和迎水區(qū)則存在流速降低現(xiàn)象。例如系統(tǒng)壓力為0.16 MPa 時對應(yīng)主流區(qū)平均流速為2.38 m/s，而當(dāng)系統(tǒng)壓力設(shè)置為0.18 MPa 時對應(yīng)主流區(qū)平均流速則為2.19 m/s，說明流體流速并不完全隨系統(tǒng)壓力的升高而增大。

在降壓調(diào)壓方面與張琴[8]等人研究結(jié)果相同，迷宮流道順?biāo)鞣较蚩傮w壓力線性降低，且不同流道單元中同一區(qū)域的壓力變化具有相似規(guī)律，水流到達(dá)流道出口處壓力降低為0，達(dá)到了迷宮流道的降壓調(diào)壓效果。隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，灌水器流道內(nèi)部壓降梯度逐漸增大，基本穩(wěn)定在系統(tǒng)運(yùn)行壓力的11%～13%；流道出口附近產(chǎn)生負(fù)壓，表明系統(tǒng)運(yùn)行壓力超過額定壓力會對灌水器工作性能造成影響。

在整個迷宮流道中，各區(qū)域的湍流動能基本穩(wěn)定，但不同區(qū)域之間的湍流動能差異明顯，湍流動能峰值出現(xiàn)在主流區(qū)齒尖附近；主流區(qū)的湍流動能強(qiáng)度相對較大，水流挾沙能力強(qiáng)，不易發(fā)生堵塞，而低速區(qū)湍流動能相對較低，不利于泥沙運(yùn)移。隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的提高，旋渦區(qū)水流湍流動能降低，其他區(qū)域湍流動能有所升高，說明提高系統(tǒng)運(yùn)行壓力在一定程度上強(qiáng)化了灌水器的出流能力，但并不能真正有效緩解灌水器堵塞問題。

顆粒的運(yùn)移除受水流流速和流道結(jié)構(gòu)的影響外，其自身粒徑的大小也是主要的影響因素。粒徑越大，顆粒隨水性越差，顆粒與邊壁發(fā)生碰撞摩擦的幾率也就越大，運(yùn)移速率越低，造成堵塞的概率越大。隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，顆粒軌跡逐漸紊亂，顆粒與壁面的碰撞幾率增大，大顆粒在較高壓力作用下更易進(jìn)入旋渦區(qū)做渦團(tuán)運(yùn)動，并且主要發(fā)生在流道前部單元。所以提高系統(tǒng)運(yùn)行壓力有利于小粒徑泥沙顆粒的運(yùn)移，對于大粒徑顆粒來說提高運(yùn)行壓力反而會引起顆粒沉積，造成灌水器堵塞。

4 結(jié) 論

(1)流速受系統(tǒng)運(yùn)行壓力影響，在一定范圍內(nèi)，流速隨運(yùn)行壓力升高而增大。

(2)迷宮流道結(jié)構(gòu)具有降壓調(diào)壓效果，其內(nèi)部壓力順?biāo)鞣较蚓€性降低，各流道單元壓力變化規(guī)律相同；隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的升高，內(nèi)部壓降梯度增大，流道出口處出現(xiàn)負(fù)壓，對灌水器的工作性能造成影響。

(3)各區(qū)域的湍流動能基本穩(wěn)定，不同區(qū)域的湍流動能差異明顯；主流區(qū)的湍流動能較大，水流挾沙能力強(qiáng)，不易發(fā)生堵塞，而低速區(qū)湍流動能相對較低，不利于泥沙運(yùn)移。隨系統(tǒng)運(yùn)行壓力的提高，旋渦區(qū)水流湍流動能降低，其他區(qū)域湍流動能有所升高。

(4)粒徑越大，顆粒隨水性越差，顆粒與邊壁發(fā)生碰撞摩擦的幾率也就越大，運(yùn)移速率越低，造成堵塞的概率越大。提高系統(tǒng)運(yùn)行壓力有利于小粒徑泥沙顆粒的運(yùn)移，對于大粒徑顆粒來說提高運(yùn)行壓力反而會引起顆粒沉積，造成灌水器堵塞。