植物导管壁面增厚结构水动力学模型与流动阻力特性

作者：陈琦; 胥芳; 艾青林; 张立彬

来源：农业工程学报, 2015, 31(19): 1-8.

• 水动力学
• 模型
• 植物
• 木质部导管
• 壁面增厚
• 伯努利模型
• SST k-ω湍流模型
• 流动阻力特性

针对植物木质部导管壁面增厚结构对流动阻力特性的影响问题,提出一种基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的植物导管流体建模方法。建立了导管内壁增厚结构的伯努利数学模型,分析导管内径、增厚纹宽、纹高、纹间距和倾斜角等几何结构与导管流阻系数之间的关系;基于剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型建立了螺纹与环纹导管流场仿真模型,对不同几何结构的增厚导管内部水分流动的流场进行了数值模拟。结果表明,导管内径,增厚纹间距和纹高等结构对流体阻力影响显著,增厚纹宽、倾斜角等结构的变化对流体阻力影响较小;壁面增厚结构对小导管的流动阻力影响更加明显,纹高为2.3μm时,在内径为16μm的导管中增厚结构产生的结构流阻占总流阻的57.0%,而内径50μm的导管中增厚结构流阻只占总流阻的27.2%;具有相同结构参数的环纹导管与螺纹导管的水分传输效率接近,且随着导管内径增大两者压降越来越接近(相差小于0.5%)。研究结果为深入研究植物导管水动力学传输特性提供理论依据。

• 出版日期2015
• 单位特种装备制造与先进加工技术教育部; 浙江工业大学