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第 38 卷 第 12 期 农 业 工 程 学 报 Vol.38 No.12 100 2022 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2022 纽扣式压力补偿灌水器结构优化与性能分析 1,2 1 2 3 1※ 侯加林 ，张二鹏 ，孙宜田 ，张 亮 ，周 凯 （1. 山东农业大学机械与电子工程学院，泰安 271018 ；2. 山东省农业机械科学研究院，济南 250100 ；3. 山东春雨节水灌溉设备 有限公司，济南 271100 ） 摘 要：针对传统压力补偿灌水器生产工艺复杂、补偿效果不佳的问题，该研究以纽扣式压力补偿灌水器结构为基础进 行压力补偿元件的优化与性能分析。基于 COMSOL 双向流固耦合数值模拟平台，对灌水器多物理场耦合的瞬态过程进行 力学建模与数值模拟，确定了球型限位曲面与空间螺旋副流道配合的最佳构型。以流态指数为目标，针对副流道深度、 宽度、副流道螺旋角度、压力补偿元件硬度等关键因素开展了单因素水力性能试验与正交试验，得出流态指数影响因素 由大到小的次序为副流道宽度、压力补偿元件硬度、副流道深度；经响应面分析获得最优参数为：副流道宽度0.65 mm、 副流道深度 0.14 mm、压力补偿元件硬度 53 HA 。验证试验结果表明，所设计的灌水器流态指数为0.067，压力补偿区间 为 0.075～0.30 MPa，满足流态指数不超过 0.1、起调压力不超过 0.10 MPa、压力补偿区间大小不小于 0.15 MPa 的设计要 求，压力补偿区间内平均流量为 2.32 L/h 。研究结果可为灌水器产品的研发提供参考。 关键词：灌水器；优化；压力补偿；水力性能；瞬态数值模拟；双向流固耦合；正交试验；流态指数 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.12.012 中图分类号：S275.6 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2022)-12-0100-09 侯加林，张二鹏，孙宜田，等. 纽扣式压力补偿灌水器结构优化与性能分析[J]. 农业工程学报，2022，38(12)：100-108. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.12.012 Hou Jialin, Zhang Erpeng, Sun Yitian, et al. Structural optimization and performance analysis of button pressure-compensating emitters[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(12): 100-108. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.12.012 以保障。且由于生产与组装程序涉及多个部件，需要投 0 引 言  入的模具与组装设备较多，大大增加了研发周期与生产 滴灌是最高效的节水灌溉方式之一[1-3] ，其核心在于 成本[12] 。此外，国内灌水器的研发起步较晚，与美国、 系统终端的灌水器[4-6] 。其中，压力补偿式灌水器（Pressure [13] ，