[发明专利]一种基于流固耦合数值计算的微灌压力调节器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微灌压力调节器的设计方法，特别涉及一种利用流固耦合数值计算技术实现的微灌压力调节器快速设计的方法。

背景技术

压力调节器是目前微灌系统中主要调压设备之一，当进口压力改变时，其流道自动变大或变小，使出口压力保持稳定。压力调节器具有结构简单、调节范围宽、性能稳定的特点，通常安装在微灌工程支管或毛管进口，使每条支管或毛管进口压力水头相等，减少了设计时繁琐的计算，简化了管网设计，提高了灌溉系统灌水均匀度，并且还保证了每一条滴灌带都在设计工作压力范围内工作．避免了因设计不当或操作失误等因素引起的压力过大造成滴灌带爆裂现象，延长了滴灌工程的使用寿命，保障了系统安全。现在市场上的微灌压力调节器多是通过调节腔体内调节组件在水压下发生轴向移动，改变流道过流断面尺寸来起到调节出口压力的作用。其中调节组件的轴向移动与流体运动之间存在着较强的动力学耦合关系，运用传统的CFD分析方法很难得到微灌压力调节器内流体动态流动特性。

传统的微灌压力调节器设计，主要采用CFD计算与实验结合的方法，调节组件的轴向变形量、进出口压力的关系不容易准确地到，模型预估结果误差较大，模型参数主要依赖实体件实验，通过反复实验最终对产品定型，设计开发盲目性大，开发周期长，研制成本高。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种基于流固耦合数值计算的微灌压力调节器设计方法。

为了实现上述任务，本发明采用的技术方案是：

一种基于流固耦合数值计算的微灌压力调节器设计方法，其特征在于，首先根据微灌压力调节器设计要求，采用CAD软件建立微灌压力调节器中流体区域参数化几何模型及调节组件几何模型。然后将流体与调节组件CAD模型分别导入CAE软件ADINA中相应的流体与结构计算模块，设定边界条件及求解控制参数后，进行流固耦合数值计算；在数值计算过程中适时进行网格重构以保证计算网格的质量，根据计算结果调整几何模型参数，直到计算结果满足设计精度要求后，制作出快速成型试验件，进行调压性能实验，若实验结果与设计要求偏差在设计精度要求允许范围内，则完成设计，若不满足则修改模型。

该方法克服了传统微灌压力调节器设计中CFD计算忽视流体与调节组件的耦合作用，模型参数主要依靠估算，进而通过反复实验确定，开发周期长，研制成本高的缺点，显著提高了微灌压力调节器的设计精度及效率。

附图说明

图1是本发明技术路线图；

图2是本发明的微灌压力调节器示例模型的结构及计算边界条件示意图；图中的标记分别表示：1、压力进口，2、流固耦合面，3、接触位置。4、压力出口。

图3是本发明微灌压力调节器流体域几何模型图；

图4是本发明微灌压力调节器流体域网格模型图；

图5是本发明调节组件及接触壁面几何模型图；

图6是本发明调节组件及接触壁面网格模型图；

图7是本发明调节腔区域由调节组件轴向移动变形造成的流体变形网格截面图；

图8是本发明调节腔区域流体网格重划分后截面图。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种基于流固耦合数值计算的微灌压力调节器设计方法，其主要的设计步骤如下：

1）首先根据微灌压力调节器设计要求，采用CAD软件建立微灌压力调节器中流体区域参数化几何模型及固体区域的调节组件几何模型；

2）然后将CAD模型导入CAE软件ADINA中，设定与实际工况相同的边界条件及求解控制参数后，进行流固耦合数值计算；

3）根据计算结果调整几何模型参数，直到计算结果与设计要求偏差在在设计精度要求的10%之内，制作出快速成型试验件，进行调压性能实验；

4）对比调压性能实验结果与设计要求，若实验结果与设计要求偏差在设计精度要求的10%之内，则完成设计，若不满足则修改调节组件几何模型。

以下给出该方法的其具体设计过程：

（1）几何模型建立

根据微灌压力调节器设计要求初步确定微灌压力调节器结构参数，即运用CAD软件分别建立微灌压力调节器流体区域几何模型及调节组件几何模型，并确保流体区域与固体区域的坐标一致；由于调节组件轴向运动变形对微灌压力调节器工作性能的影响较大，而弹簧的预置压力是决定起调压力的重要因素，故在调节组件与壳体壁面的接触部分设立接触。