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直动式压力调节器是灌溉系统重要的压力调节设备,在调节范围内可保证其下游压力不受上游压力变化的影响,从而控制管网压力变化对灌水器流量的影响,提高灌水均匀度。针对目前关于压力调节器的研究均采用试验手段、未形成设计理论的现状,本文采用理论分析和数值模拟方法对压力调节器的设计和性能进行了系统研究。首先,通过理论分析推导出压力调节器出口压力与进口压力、过流量和调节组件运动部件位移之间的数学关系,借助计算流体动力学方法得到数学关系中的未知函数表达式和系数取值,建立了出口压力解祸模型。由调压性能试验结果验证了该出口压力模型的精度,在相同进出口压力差条件下,以出口压力数学模型计算得到的流量值与实测值的相对偏差在-7.3%以内。调节杆上下游断面压力差和位移的关系可为选配弹簧参数提供依据。其次,基于计算流体动力学方法,采用动力平衡分析和动网格技术,建立了灌溉系统直动式压力调节器的流固耦合动力学模型,并进行试验验证。结果表明,由数值计算得到多种流量条件下不同预置压力规格的调压性能曲线与试验测试结果吻合,预置压力模拟值的相对误差在-13.6%以内。通过分析压力调节器内部压力分布随时间的变化特征,以及调节杆上下游断面受力、位移和压力调节器出口压力随时间的变化规律,揭示了压力调节器的调压机理。然后,在动力学模型物理机理的基础上,通过改变数值模型的部分边界条件和计算流程,发展了完整调压特性曲线数值模拟方法,模拟计算了包括未调节阶段和起调阶段在内的压力调节器完整调压特性曲线,得到了预置压力和未调节阶段性能曲线斜率。利用该数值模拟方法定性地分析了压力调节器结构和弹簧参数对性能评价指标的影响规律：与调节组件上下游压力差大小有关的因素,即上下游断面积与预置压力呈非线性负相关,与弹簧力大小有关的因素,即花篮进水口高度、弹簧刚度系数和预压缩长度与预置压力呈线性正相关；减小调节杆下游断面积,增大上游断面积、花篮进水口高度和弹簧预紧力可提高未调节阶段性能曲线斜率；由不同参数的压力调节器过流断面积随进口压力增大的变化规律,揭示了不同参数对性能指标影响的原因。最后,采用响应曲面法和完整调压特性曲线数值模拟方法定量评价了压力调节器结构和弹簧参数及其交互作用对性能评价指标的影响,建立了预置压力和未调节阶段性能曲线斜率的二次多项式回归模型,由方差分析和响应面分析揭示了对性能评价指标影响最显著的参数为调节杆下游断面直径和弹簧刚度。结合重叠等值线图和遗传算法求解以起调压力回归模型为目标函数、预置压力回归模型为非线性约束的优化模型,得到了压力调节器各参数的优化解。预置压力规格分别为0.05、0.07和0.1 MPa的压力调节器经优化后,未调节阶段性能曲线斜率分别提高了16.5、8.5和13.8%,压力调节器的调压性能得到了改善。本研究为灌溉系统直动式压力调节器的结构设计、弹簧配置与性能提高提供了理论基础和技术支持,对同类型的产品研发具有一定的参考价值。