基于CAD/CFD的滴灌滴头流场动力学分析与结构优化

论文摘要

本文针对滴头内部流场研究领域存在的主要问题,以滴头流道设计与优化为研究对象,通过理论分析、数值模拟、试验验证等进行研究。主要研究内容与结论如下:(1)给出了基于滴灌滴头的宏观与微观尺度流体力学理论。典型迷宫滴头流道内部流态转捩雷诺数Re≤500。提出将多学科设计优化思想应用到滴头产品的设计,实现滴灌滴头产品的优化设计。(2)将一种基于改进PSO最小二乘支持向量机的预测模型引入滴灌滴头水力性能预测领域。该模型能方便地预测三角形迷宫流道关键参数对滴头水力性能的影响,有助于准确认识滴头水力性能随流道结构参数的变化规律。(3)构建了梯形迷宫流道的液固两相流理论模型,研究了滴头内液固两相流的流动特性,考察了滴头内液固两相流的压降、两相浓度分布以及流体流速对液固两相流动的影响。(4)利用响应曲面法研究了梯形迷宫滴头流道的关键参数对滴头水力性能的影响。采用基于Optimus与Fluent相结合的方法对滴头进行了优化设计,优化后的滴头水力性能得到了提高。(5)在Visual C平台上编制基于UG/NX5.0的三维参数化设计软件,实现滴头的三维实时参数化设计。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 滴灌滴头流道研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 滴头流道发展现状
• 1.2.2 滴头内部流场的研究方法
• 1.2.3 滴头CFD模拟存在的问题
• 1.2.4 滴头流道堵塞研究现状
• 1.3 支持向量机（SVM）在预测建模中的应用
• 1.4 滴灌滴头流道设计及制造发展方向
• 1.4.1 滴头流道设计
• 1.4.2 滴头流道制造
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 滴灌滴头流道设计研究
• 2.1 迷宫式流道水力学理论分析
• 2.1.1 宏观尺度流体力学
• 2.1.2 微观尺度流体力学
• 2.2 迷宫式流道水流流态机理分析
• 2.2.1 滴头流道内部流态转挟雷诺数
• 2.2.2 基于CFD滴灌滴头流量与压力关系
• 2.2.3 试验分析滴灌滴头流量与压力关系
• 2.3 小结
• 第3章 基于改进粒子群优化LS-SVM的滴头水力性能预测
• 3.1 支持向量机
• 3.1.1 支持向量机非线性最优分类
• 3.1.2 支持向量机预测建模基本原理
• 3.1.3 基本LS-SVM原理
• 3.1.4 基于改进PSO优化的LS-SVM原理
• 3.2 PSO优化的LS-SVM滴头水力性能预测模型
• 3.3 试验设计与分析
• 3.3.1 试验因素和水平
• 3.3.2 试验结果及分析
• 3.4 滴头水力性能建模实例
• 3.5 小结
• 第4章 滴灌滴头流道动力学分析
• 4.1 基于CFD的滴灌滴头流道流场分析
• 4.1.1 滴灌滴头流道流场分析
• 4.2 滴灌滴头流道关键参数对水力性能的影响
• 4.2.1 试验因素和水平
• 4.2.2 试验结果及分析
• 4.3 小结
• 第5章 滴灌滴头流道优化设计
• 5.1 优化前滴头数值计算结果与分析
• 5.2 优化后滴头数值计算结果与分析
• 5.2.1 滴头流道结构优化
• 5.2.2 滴头流道参数优化
• 5.3 优化后滴头水力性能试验验证
• 5.4 小结
• 第6章 基于3D平台的滴灌滴头流道参数化设计系统
• 6.1 滴灌滴头流道参数化设计系统
• 6.1.1 菜单与工具条的制作
• 6.1.2 对话框设计
• 6.1.3 控件回调函数设置
• 6.2 基于CAD/CFD滴灌滴头流道设计集成技术
• 6.2.1 CAD/CAE/CAPP/CAM/RE技术
• 6.2.2 滴灌滴头流道设计集成系统
• 6.3 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 进一步研究工作展望
• 附录
• 参考文献
• 详细摘要