文丘里施肥器的控制方法及其控制装置与流程

本申请涉及节水灌溉技术领域，尤其涉及一种文丘里施肥器的控制方法及其控制装置。

背景技术：

目前，由于文丘里施肥器具有无需外加动力、成本低廉、使用方便等优点，成为了应用最为广泛的一种施肥装置。但是，同时，文丘里施肥器也存在着压差损失过大、吸肥不畅等缺点，其中，当压差损失过大时，还会产生空化现象，具体为：当水流经过文丘里施肥器的收缩段时，横截面积减小，流速迅速增大，根据能量守恒原理，会在喉部产生巨大的负压，当负压绝对值小于当地水的饱和蒸汽压时，水就会汽化，产生气泡，且气泡随着水流的运动而溃灭，从而损失大量能量，同时还使吸肥的能力下降，并且空化现象的产生还会对文丘里施肥器的结构造成持久性、打击性的破坏，从而影响文丘里施肥器的使用寿命。

技术实现要素：

本申请提供了一种文丘里施肥器的控制方法及其控制装置，以对文丘里施肥器空化现象的发生进行检测及优化，从而控制文丘里施肥器空化现象的发生，以提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长其使用寿命。

本申请的第一方面提供了一种文丘里施肥器的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1、获取所述文丘里施肥器的结构参数；

步骤s2、根据所述结构参数建立等比例模型；

步骤s3、对所述等比例模型进行网格划分，根据得到的网格进行模拟，并得出对应网格处的运行参数；

步骤s4、根据所述运行参数获取所述文丘里施肥器是否具有空化产生部位；

步骤s5、当所述文丘里施肥器具有所述空化产生部位时，对所述空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数。

进一步地，所述步骤s1具体为：扫描所述文丘里施肥器以获取所述文丘里施肥器的结构参数。

进一步地，所述步骤s3中，所述网格的尺寸为0.1mm。

进一步地，所述步骤s3中，采用耦合隐式的计算方法得出对应网格处的所述运行参数。

进一步地，所述步骤s5具体为：

根据所述空化产生部位对应的结构参数设置试验参数；

以所述试验参数作为所述文丘里施肥器的结构参数，并重复步骤s2～s4，以得到所述试验参数对应的所述空化产生部位，直至所述文丘里施肥器不具有空化产生部位；

以所述文丘里施肥器不具有空化产生部位时所对应的所述试验参数作为优化参数。

进一步地，在所述步骤s5之后，还包括：

步骤s6、根据所述优化参数，通过3d打印技术制作优化的文丘里施肥器。

更进一步地，在所述步骤s6之后，还包括：

步骤s71、以所述优化的文丘里施肥器作为步骤s1中的所述文丘里施肥器，重复所述步骤s1至s4。

更进一步地，在所述步骤s6之后，还包括：

步骤s72、对所述优化的文丘里施肥器进行水力性能实验测试。

本申请的第二方面提供了一种文丘里施肥器的控制装置，用于前述任一项所述的文丘里施肥器的控制方法中，所述控制装置包括：

获取单元，所述获取单元用于获取所述文丘里施肥器的结构参数；

模拟单元，所述模拟单元根据所述结构参数进行模拟，并得出对应的运行参数；

判断单元，所述判断单元根据所述运行参数判断所述文丘里施肥器是否具有空化产生部位；

优化单元，当所述文丘里施肥器具有所述空化产生部位时，所述优化单元对所述空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数；

且所述获取单元、所述模拟单元、所述判断单元和所述优化单元依次电连接。

进一步地，所述获取单元包括扫描模块，所述扫描模块用于扫描所述文丘里施肥器以获取所述文丘里施肥器的结构参数。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种文丘里施肥器的控制方法，通过获取文丘里施肥器的结构参数，根据该结构参数建立等比例模型，再对该等比例模型进行网格划分，根据得到的网格进行模拟，并得出对应网格处的运行参数，然后根据前述运行参数获取文丘里施肥器是否具有空化产生部位，从而对文丘里施肥器空化现象是否发生进行了检测，或者对文丘里施肥器会不会发生空化现象进行了预测；再然后，若文丘里施肥器具有空化产生部位，则对空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数，从而实现了对文丘里施肥器的优化，加强了文丘里施肥器抗空化现象的能力，从而提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长了其使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为一种现有的文丘里施肥器的剖切图；

图2为本申请一种实施例所提供的控制方法的流程图；

图3为本申请另一种实施例所提供的控制方法的流程图。

附图标记：

101-进口；

102-出口；

103-收缩段；

104-喉部；

105-扩散段；

106-吸肥口。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本申请实施例提供了一种文丘里施肥器的控制方法，用以对文丘里施肥器空化现象的发生进行检测及优化，从而控制文丘里施肥器空化现象的发生，进而提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长其使用寿命。对于空化现象的描述在背景技术中已作阐述，在此不再赘述。为了更好的理解本申请实施例，如图1所示，提供了一种现有的文丘里施肥器的剖切图，其中，示出了文丘里施肥器的进口101、出口102、收缩段103、喉部104、扩散段105及吸肥口106等，如图2所示，提供了本申请一种实施例的控制方法的流程图，结合图1及图2，下面对本申请实施例所提供的一种文丘里施肥器的控制方法的步骤进行具体说明：

步骤s1、获取文丘里施肥器的结构参数，该结构参数具体可以包括：进口直径、出口直径，收缩段直径、扩散段直径、收缩角、扩散角、喉部直径以及喉部长度等对文丘里施肥器的性能起到比较关键作用的结构参数，获取文丘里施肥器的结构参数的方式可以包括：通过人工剖切的方式、扫描的方式等；

步骤s2、根据上述结构参数建立等比例模型，具体可以利用三维制图软件，例如autocad软件，根据步骤s1中获取的文丘里施肥器的结构参数进行等比例模型的建立；

步骤s3、对上述等比例模型进行网格划分，根据得到的网格进行模拟，并得出对应网格处的运行参数，具体可以应用cfd数值模拟软件中的icem网格划分软件对步骤s2中建立得到的等比例模型进行网格划分，将前述得到的网格带入到fluent软件中进行模拟并计算求解，求解过程中，可以采用k-e模型中的realizable模型进行计算求解，并设置合理的、贴近实际的必要参数，例如一种参考的设置方式可以是：设置实验用纯水模拟，具体可以将phase1设置为water，其密度设置为1000kg/cm3，黏滞系数设置为0.001kg/m-s，phase2设置为vapor，其密度设置为0.02558kg/cm3，黏滞系数设置为1.26e-06kg/m-s；

步骤s4、根据上述运行参数获取文丘里施肥器是否具有空化产生部位，具体的，该运行参数可以通过压力场云图、速度场云图以及相变云图直观的显示出来，文丘里施肥器是否具有空化产生部位以及空化产生部位具体位置可以通过前述三种云图清楚的显示出来，这样就可以确定文丘里施肥器是否发生了空化现象以及确定其空化产生部位，同时，前述云图还可以清楚的显示出空化发生的剧烈程度，具体的，可以设a为水占文丘里施肥器内部的占空比，当a<1时，说明文丘里施肥器发生了空化现象，a的数值越小，说明空化程度越大，反之，当a＝1时，则说明文丘里施肥器没有发生空化现象；

步骤s5、当文丘里施肥器具有空化产生部位时，对空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数。

与现有技术相比，上述实施例提供了一种文丘里施肥器的控制方法，通过获取文丘里施肥器的结构参数，根据该结构参数建立等比例模型，再对该等比例模型进行网格划分，根据得到的网格进行模拟，并得出对应网格处的运行参数，然后根据前述运行参数获取文丘里施肥器是否具有空化产生部位，从而对文丘里施肥器空化现象是否发生进行了检测，或者对文丘里施肥器会不会发生空化现象进行了预测；再然后，若文丘里施肥器具有空化产生部位，则对空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数，从而实现了对文丘里施肥器的优化，加强了文丘里施肥器抗空化现象的能力，从而提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长了其使用寿命。

优选的，在步骤s1中，采用扫描的方式获取文丘里施肥器的结构参数，例如利用工业ct扫描技术对文丘里施肥器进行扫描，这样可以在不接触文丘里施肥器的情况下，还能较精准的获取到文丘里施肥器的结构参数，不接触文丘里施肥器可以保护文丘里施肥器不受到损坏。

另外，步骤s3中得出对应网格处的运行参数的方法可以包括非耦合隐式算法、耦合显式算法及耦合隐式算法等。其中，优选的，采用耦合隐式算法进行计算求解，具体的，前述各项参数可以采用高阶项，并进行初始条件设置，进口可以设置为pressureinlet：0.3mpa，出口可以设置为pressureoutlet：0.1mpa，吸肥口可以设置为pressureinlet：-0.05mpa。一方面，耦合隐式算法与耦合显式算法相比，由于其采用隐式格式，耦合隐式算法的计算精度与收敛性都要优于耦合显式算法，另一方面，耦合隐式算法与非耦合隐式算法相比，其可以求解全速度范围，即求解从低速流动到高速流动的全速度范围，而非耦合隐式算法却只能求解低速流动范围。

进一步地，在步骤s3中，采用0.1mm的尺寸构化网格。这样可以既保证程序运行顺畅，有效防止由于程序运行崩溃而导致计算无法完成甚至数据被破坏的情况发生，还可以得到精确度较高的运行参数。

如图3所示，前述步骤s5的一种具体的实施例，包括以下步骤：

步骤s51、根据空化产生部位对应的结构参数设置试验参数，具体可以根据前述结构参数设计正交实验，同时设计出试验参数，该试验参数可以是一组试验参数也可以是多组试验参数；

步骤s52、以前述试验参数作为文丘里施肥器的结构参数，并重复步骤s2～s4，以得到试验参数对应的空化产生部位，直至文丘里施肥器不具有空化产生部位；

步骤s53、以文丘里施肥器不具有空化产生部位时所对应的试验参数作为优化参数。

在上述步骤s52中还可以绘制多因素多水平正交实验表格，以直观表示试验结果。正交试验设计是根据正交性挑选有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计具有高效、快速、经济的优势。

进一步地，在步骤s5之后，还可以包括：

步骤s6、根据优化参数，通过3d打印技术制作优化的文丘里施肥器。由于3d打印技术是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造出物体的技术，其构造出的物体具有较高的清晰度、及较高的仿真效果。技术人员可以利用3d打印技术制作的文丘里施肥器进行现场验证实验，经济、有效的验证优化后的文丘里施肥器是否具有抗空化现象的能力。

更进一步地，在前述步骤s6之后，还可以包括：

步骤s71、以优化的文丘里施肥器作为步骤s1中的文丘里施肥器，重复所述步骤s1至s4，以验证优化后的文丘里施肥器是否还具有空化产生部位，以确保基于该优化参数制作出来的文丘里施肥器的事物具有良好的抗空化现象发生的能力，提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长其使用寿命。

此外，在步骤s6之后，还可以包括：

步骤s72、对优化的文丘里施肥器进行水力性能实验测试，例如验证其吸肥量是否提升，以确保基于该优化参数制作出来的文丘里施肥器的实物具有良好的水力性能，尤其是具有更好的吸肥能力。

本申请实施例还提供了一种文丘里施肥器的控制装置，可以用于前述的任一文丘里施肥器的控制方法中，该控制装置包括：

获取单元，获取单元用于获取文丘里施肥器的结构参数；

模拟单元，模拟单元根据结构参数进行模拟，并得出对应的运行参数；

判断单元，判断单元根据运行参数判断文丘里施肥器是否具有空化产生部位；

优化单元，当文丘里施肥器具有空化产生部位时，优化单元对空化产生部位所对应的结构参数进行优化，得到优化参数；

且获取单元、模拟单元、判断单元和优化单元依次电连接。上述的控制装置可以实现对文丘里施肥器空化现象的发生进行检测及优化，从而控制文丘里施肥器空化现象的发生，进而提高文丘里施肥器的吸肥效率，同时延长其使用寿命。

进一步地，前述的获取单元可以包括扫描模块，扫描模块可以用于扫描文丘里施肥器以获取文丘里施肥器的结构参数。这样可以在不接触文丘里施肥器的情况下，还能较精准的获取到文丘里施肥器的结构参数，不接触文丘里施肥器可以保护文丘里施肥器不受到损坏。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。