滴灌齿形迷宫流道仿真精度提升研究：齿尖圆角优化对水力特性的影响机制

本文通过数值模拟与实验验证，系统研究了齿尖圆角半径（r0.02–r0.10 mm）及两种圆角处理方式（恒定角CAR/可变角VAR）对迷宫流道边界条件、能量耗散（TKE）及内部水力特性的影响，揭示了尖锐角模型（SA）会高估流量偏差（23.66–27.94%）和涡流强度（Q-criterion 27.75–45.04%），为滴灌灌水器结构优化与加工成本控制提供重要参考。

　　

Highlight

齿尖圆角尺寸范围与实验设计

(1) 齿尖圆角尺寸

为直观展示当前研究中尖锐角模型（r=0）与实际生产圆角（r≠0）的差异，图1基于Li等(2023)的研究展示了圆角尺寸。图2对比了实际生产中四种不同流量规格（1.7、2、2.7、3 L/h）灌水器的齿尖形态，发现加工精度普遍形成圆角特征。

齿尖形状对流道结构参数的影响

当齿尖从尖锐角设计转为圆角设计时，流道宽度等结构参数会联动变化。图7展示了尖锐角与两种圆角形式（CAR/VAR）对流道宽度的几何关系：尖锐角会使流道宽度扩大22.77–22.85%（相较于r_0.10 mm圆角）。

齿尖形状对模型边界条件与计算方法的影晌

通过对比不同圆角半径和处理方法，评估了齿尖形态对流道边界条件和计算方法的影晌。流道齿尖形状与齿距、齿高、齿角等参数共同构成几何边界条件，而尖锐角会导致湍流动能（TKE）及其耗散率被高估18.84–22.42%。

Conclusion

(1) 齿尖尖锐角处理会扭曲实际物理边界条件，导致流量计算偏差达23.66–27.94%，能量耗散高估40.36–43.41%；

(2) 符合加工精度的圆角齿尖能显著提升涡流场（Q-criterion）和TKE耗散区的模拟精度，为灌水器结构优化提供更可靠的设计依据。