基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道制造技术

本发明专利技术涉及滴灌领域，具体为一种基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道。本发明专利技术包括仿生灌水器本体和设置在仿生灌水器本体内部的仿生抗堵流道；仿生灌水器本体上设置有入水口和出水口；仿生抗堵流道由若干个仿生灌水器流道单元依次串联组成；仿生灌水器流道单元的俯视投影呈箭头状，前端尖头开口形成入口流道，后端竖直段开口形成出口流道，中部设置仿鲨鱼背鳍结构；仿鲨鱼背鳍结构与仿生灌水器流道单元同对称轴布置，仿鲨鱼背鳍结构两侧与仿生灌水器流道单元侧壁形成对称的两个背鳍流道，入口流道分别经两个背鳍流道与出口流道连通形成主流道，背鳍流道与出口流道的连通流道外侧壁面呈弧形结构。本发明专利技术提高了灌水器抗堵性能，适应范围较广。

【技术实现步骤摘要】
基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道
本专利技术涉及滴灌领域，具体为一种基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道。
技术介绍
我国干旱、半干旱土地面积占国土面积的一半以上，其中大部分地区水资源短缺，水体中杂质较多且含沙量高。尽管滴灌技术可以大幅提高灌溉水利用率，但在许多干旱地区灌溉水中的含沙量大，滴灌系统的终端——灌水器易结垢和堵塞。大面积的堵塞会使滴灌系统失效，这在很大程度上限制了灌水器的推广应用。此外，近些年国内一些地区提倡低压灌溉，更加提高了对灌水器抗堵塞性能的要求，因此亟需一种即使在灌溉水含沙量大的使用条件下，灌水器也难以堵塞的流道结构，来解决目前灌水器存在的极易结垢堵塞，应用范围小等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，结构本身具有较小的阻力，可以在消耗水流能量的同时使水流携带沙粒快速通过流道单元，从而提高灌水器的抗堵性能，而且能够适应灌溉水含沙量大、低压灌溉、作物需水量较大灌溉的地区。本专利技术是通过以下技术方案来实现：基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，包括仿生灌水器本体和设置在仿生灌水器本体内部的仿生抗堵流道；所述的仿生灌水器本体上设置有入水口和出水口；所述的仿生抗堵流道由若干个仿生灌水器流道单元依次串联组成；所述仿生灌水器流道单元的俯视投影呈箭头状，前端尖头开口形成入口流道，后端竖直段开口形成出口流道，中部设置仿鲨鱼背鳍结构；第一个仿生灌水器流道单元的入口流道与入水口连接，最后一个仿生灌水器流道单元的出口流道与出水口连接；所述的仿鲨鱼背鳍结构呈等腰三棱台，其与仿生灌水器流道单元同对称轴布置，仿鲨鱼背鳍结构两侧与仿生灌水器流道单元侧壁形成对称的两个背鳍流道，入口流道分别经两个背鳍流道与出口流道连通形成主流道，背鳍流道与出口流道的连通流道外侧壁面呈弧形结构。进一步的，所述的仿鲨鱼背鳍结构后端的鳍尾平面与主流道底部相垂直，前端的背鳍前沿线与主流道底部呈锐角，鳍顶两侧边缘分别与同侧的鳍底边缘平行，且分别与同侧背鳍流道外侧边缘平行。进一步的，所述的仿鲨鱼背鳍结构的鳍尾顶部宽度范围为0.5～0.8mm，鳍顶长度范围为0.85～1.0mm，背鳍前部倾角范围为65°～80°。进一步的，所述的仿生灌水器流道单元的长度范围为2～2.5mm，宽度为范围1.8～2.2mm，流道深度范围为0.8～1.1mm。进一步的，所述的背鳍流道与出口流道的连通流道外侧壁面呈弧形结构呈圆弧形，圆弧半径范围为0.4～0.6mm。进一步的，所述的出水口位于仿生灌水器本体的正面；所述的入水口位于仿生灌水器本体的背面。进一步的，所述的入水口处设置有入水栅格。进一步的，所述依次串联的若干个仿生灌水器流道单元中设置有弧形的转向流道，转向流道的一端连接上一级仿生灌水器流道单元的出口流道，另一端连接下一级仿生灌水器流道单元的入口流道。更进一步的，所述的入口流道、出口流道和转向流道的宽度相等，背鳍流道的宽度小于入口流道宽度且两个背鳍流道的宽度之和大于入口流道宽度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术打破了传统的灌水器流道设计思路，通过仿生灌水器流道单元中部增加仿鲨鱼背鳍结构，将入口流道分流为两个背鳍流道，使紧贴该仿生结构的背鳍流道中的高速流动水流携带沙粒迅速通过流道，沙粒在高速流动的水体中难以沉积，大幅提升了灌水器的抗堵性能；同时，仿鲨鱼背鳍结构后方由弧形结构形成的涡旋可以冲洗壁面，进一步提高了抗堵性能，被仿鲨鱼背鳍结构分开的水流在下一个主流道处汇合，汇合的方向相反，消耗了水流能量；而且仿鲨鱼背鳍结构后方由弧形结构形成的涡旋也可以消耗水流能量，提高了水力性能，能够适应灌溉水含沙量大、低压灌溉、作物需水量较大灌溉的地区。进一步的，参照鲨鱼背鳍结构设计仿生灌水器流道单元中部的仿鲨鱼背鳍结构，鳍尾平面与主流道底部相垂直，前端的背鳍前沿线与主流道底部呈锐角，同时鳍顶面积小于鳍底面积，使得其能够更好的降低水流阻力，提高通过性能，强化水流的冲洗作用。附图说明图1为本专利技术实例中所述的仿生灌水器本体的结构示意图。图2为本专利技术实例中所述的仿生灌水器本体的背部结构示意图。图3为本专利技术实例中所述的仿生抗堵流道内部流体示意图。图4为本专利技术实例中所述的仿生灌水器流道单元的结构示意图。图5为本专利技术实例中所述的仿生抗堵流道的部分仿生灌水器流道单元内流体数值模拟流场速度分布图。图6为本专利技术实例中所述的仿生抗堵流道的数值模拟沙粒运动轨迹图。图7为本专利技术实例中所述的仿生抗堵流道的数值模拟与实际实验的压力-流量关系曲线图。图中：1-仿生灌水器本体，2-仿生灌水器流道单元，3-仿生抗堵流道，4-入水栅格，5-出水口，6-入水口，7-仿鲨鱼背鳍结构，8-入口流道，9-出口流道，10-背鳍流道，11-尾面，12-背鳍前沿线，13-转向流道，W1-鳍尾顶部宽度，W2-主流道宽度，L-鳍顶长度，α-背鳍前部倾角。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，如图1所示，包括仿生灌水器本体1和基于鲨鱼背鳍结构设计的仿生抗堵流道3；本专利技术对鲨鱼背鳍进行仿生，在垂直平面上呈流线形、水平平面上呈锐角三角形，可以打破和流体在流动过程中逐渐增厚的附面层，减小黏性阻力，抑制尾部流动分离，从而具有低流动阻力的特征；该仿生形状能够有效地引导气流，使流体的运动更加顺畅。如图1和图2所示，所述的仿生灌水器本体1上设有入水口6、出水口5以及多个仿生灌水器流道单元2，所述的仿生抗堵流道3位于仿生灌水器本体1正面；所述的仿生灌水器本体1上设有入水栅格4、出水口5；所述的出水口5位于仿生灌水器本体1的正面，所述的仿生灌水器流道单元2分别与入水口6和出水口5相连通；所述的入水口6位于仿生灌水器本体1的背面。如图4所示，所述的仿生灌水器流道单元2的正向投影呈箭头状，前端尖头开口形成入口流道8，后端竖直段开口形成出口流道9，外侧后部采用弧形结构，圆弧半径范围为0.4～0.6mm；仿生灌水器流道单元2的长度范围为2～2.5mm，宽度范围为1.8～2.2mm，流道深度范围为0.8～1.1mm；仿生灌水器流道单元2中部设置仿鲨鱼背鳍结构7；其中，所述的仿鲨鱼背鳍结构7仿照鲨鱼背鳍结构而设计，仿鲨鱼背鳍结构7呈等腰三棱台，其与仿生灌水器流道单元2同对称轴布置，仿鲨鱼背鳍结构7两侧与仿生灌水器流道单元2侧壁形成对称的两个背鳍流道10，入口流道8分别经两个背鳍流道10与出口流道9连通形成主流道，背鳍流道10与出口流道9的连通流道外侧壁面呈弧形结构；所述的仿鲨鱼背鳍结构7的鳍尾顶部宽度范围为0.5～0.8mm，鳍顶长度范围为0.85～1.0mm，背鳍前部倾角范围为65°～80°。其中，因仿生灌水器流道单元2中部设置了仿照鲨鱼背鳍结构而设计的仿鲨鱼背鳍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，其特征在于，包括仿生灌水器本体(1)和设置在仿生灌水器本体(1)内部的仿生抗堵流道(3)；/n所述的仿生灌水器本体(1)上设置有入水口(6)和出水口(5)；/n所述的仿生抗堵流道(3)由若干个仿生灌水器流道单元(2)依次串联组成；所述仿生灌水器流道单元(2)的俯视投影呈箭头状，前端尖头开口形成入口流道(8)，后端竖直段开口形成出口流道(9)，中部设置仿鲨鱼背鳍结构(7)；第一个仿生灌水器流道单元(2)的入口流道(8)与入水口(6)连接，最后一个仿生灌水器流道单元(2)的出口流道(9)与出水口(5)连接；/n所述的仿鲨鱼背鳍结构(7)呈等腰三棱台，其与仿生灌水器流道单元(2)同对称轴布置，仿鲨鱼背鳍结构(7)两侧与仿生灌水器流道单元(2)侧壁形成对称的两个背鳍流道(10)，入口流道(8)分别经两个背鳍流道(10)与出口流道(9)连通形成主流道，背鳍流道(10)与出口流道(9)的连通流道外侧壁面呈弧形结构。/n

【技术特征摘要】
1.基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，其特征在于，包括仿生灌水器本体(1)和设置在仿生灌水器本体(1)内部的仿生抗堵流道(3)；
所述的仿生灌水器本体(1)上设置有入水口(6)和出水口(5)；
所述的仿生抗堵流道(3)由若干个仿生灌水器流道单元(2)依次串联组成；所述仿生灌水器流道单元(2)的俯视投影呈箭头状，前端尖头开口形成入口流道(8)，后端竖直段开口形成出口流道(9)，中部设置仿鲨鱼背鳍结构(7)；第一个仿生灌水器流道单元(2)的入口流道(8)与入水口(6)连接，最后一个仿生灌水器流道单元(2)的出口流道(9)与出水口(5)连接；
所述的仿鲨鱼背鳍结构(7)呈等腰三棱台，其与仿生灌水器流道单元(2)同对称轴布置，仿鲨鱼背鳍结构(7)两侧与仿生灌水器流道单元(2)侧壁形成对称的两个背鳍流道(10)，入口流道(8)分别经两个背鳍流道(10)与出口流道(9)连通形成主流道，背鳍流道(10)与出口流道(9)的连通流道外侧壁面呈弧形结构。


2.根据权利要求1所述的基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，其特征在于，所述的仿鲨鱼背鳍结构(7)后端的鳍尾平面(11)与主流道底部相垂直，前端的背鳍前沿线(12)与主流道底部呈锐角，鳍顶两侧边缘分别与同侧的鳍底边缘平行，且分别与同侧背鳍流道(10)外侧边缘平行。


3.根据权利要求1或2所述的基于鲨鱼背鳍结构的仿生灌水器抗堵流道，其特征在于，所述的仿鲨鱼背鳍结构(7)的鳍尾顶部宽度范围为0.5～0.8mm，鳍顶长度范围为0.85～1.0mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏正英，魏才翔，陈雪丽，魏浩然，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61