徐天宇，張立翔

(昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

水分對(duì)于植物的生理生態(tài)有著重要的作用,它直接或間接影響著植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的各種生理活動(dòng)[1].木質(zhì)部是連接根系和冠層的主要輸水通道，水分由根系通過木質(zhì)部到達(dá)葉片部，而輸送的通道就是分布在木質(zhì)部?jī)?nèi)部的導(dǎo)管和管胞[2].導(dǎo)管和管胞長(zhǎng)短不一，內(nèi)徑一般為微米量級(jí)[3-5]，管內(nèi)組織結(jié)構(gòu)凸凹不均，分布較為復(fù)雜，導(dǎo)致導(dǎo)管水分傳輸?shù)挠?jì)算較為困難，目前仍以試驗(yàn)觀測(cè)為主要手段[6-7].

為彌補(bǔ)試驗(yàn)觀測(cè)的不足，一些學(xué)者采用CFD的方法構(gòu)建木質(zhì)部導(dǎo)管輸水模型，探索導(dǎo)管流動(dòng)特性.如ROTH[8]建立了導(dǎo)管二維簡(jiǎn)化模型，分析環(huán)紋導(dǎo)管的流動(dòng)特性，得出水分流動(dòng)特性與環(huán)紋間距的關(guān)系.徐天宇等[9]建立植物單管胞阻力計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，研究紋孔結(jié)構(gòu)與植物管胞內(nèi)徑及電阻率的關(guān)系，得出紋孔深度、紋孔直徑、紋孔塞直徑是影響管胞電阻率的主要因素.陳琦等[10]使用低雷諾數(shù)k-ε模型對(duì)管胞具緣紋孔進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)紋孔的壓降與紋孔塞直徑成正比，與紋孔直徑、紋孔深度成反比.大多數(shù)研究是對(duì)導(dǎo)管環(huán)紋、穿孔板和管胞紋孔的建模分析，而木質(zhì)部導(dǎo)管成熟后的二次生長(zhǎng)階段會(huì)產(chǎn)生環(huán)紋、螺紋、網(wǎng)紋和孔紋等不同形式的次生加厚[11]，不同導(dǎo)管增厚形式對(duì)水分輸運(yùn)不盡相同，體現(xiàn)木質(zhì)部輸水方式的多樣性，其中陳琦等[12]使用SSTk-ε模型對(duì)導(dǎo)管內(nèi)壁環(huán)紋和螺紋增厚流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，而木質(zhì)部導(dǎo)管成熟后期，木質(zhì)部導(dǎo)管會(huì)產(chǎn)生更加復(fù)雜的網(wǎng)紋增厚[13]，其增厚方式對(duì)水分輸運(yùn)的影響研究鮮見報(bào)道.

文中提出一種網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量分布模型，模擬木質(zhì)導(dǎo)管網(wǎng)紋增厚對(duì)水分輸運(yùn)的影響.結(jié)合伯努利方程和層流模型的數(shù)值模擬，通過等效阻力系數(shù)的變化，分析導(dǎo)管內(nèi)壁網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量、螺紋間距、網(wǎng)紋高度、網(wǎng)紋寬度等因素對(duì)導(dǎo)管內(nèi)部微流動(dòng)的影響，揭示植物生長(zhǎng)過程中通過木質(zhì)部導(dǎo)管增厚的機(jī)制對(duì)導(dǎo)管水分輸送的控制機(jī)理.

1 內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管模型

1.1 增厚導(dǎo)管模型

植物木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)壁二次生長(zhǎng)的增厚形式如圖1所示.圖1c,d顯示了從網(wǎng)紋增厚到孔紋增厚的過渡過程，而孔紋增厚后期會(huì)產(chǎn)生聯(lián)通兩導(dǎo)管的紋孔結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚是木質(zhì)部二次增厚的一個(gè)常見的典型結(jié)構(gòu)，也是水分輸運(yùn)的重要途徑[11]，因此，文中通過對(duì)網(wǎng)紋增厚模型進(jìn)行建模，探究其對(duì)水分輸運(yùn)的影響.

圖1 木質(zhì)部二次增厚示意圖

1.2 內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚模型

設(shè)植物木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚可用具有不同數(shù)量且具有一定尺度大小的螺旋線建模，如圖2所示.圖3為內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚模型沿內(nèi)壁分布的剖面示意，其中箭頭代表水分運(yùn)動(dòng)方向；Z1，Z2，…，Zn分別表示斷面1、斷面2，…，斷面n.從圖中可以看出，液體進(jìn)入截面凸部斷面2時(shí)，由于壁面網(wǎng)紋增厚導(dǎo)致斷面收縮，形成進(jìn)口收縮流，同時(shí)也造成凸部出口斷面擴(kuò)散流.由于凸部產(chǎn)生的收縮-擴(kuò)散流增加流體與壁面的摩擦和碰撞，產(chǎn)生較大的局部能量損失.

圖2 內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管模型

圖3 內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚模型的流動(dòng)示意

Fig.3 Diagram of flow path in reticulated thickening model

假設(shè)任意斷面間的流動(dòng)滿足伯努利方程，則從進(jìn)口至出口各斷面z1，z2，…，zn間分段寫出伯努利方程為

(1)

式中:pn,vn分別為斷面n處的平均壓力和流速;ρ為液體質(zhì)量密度;g為重力加速度;zn為斷面處的位置水頭;ξn-1為斷面n-1到斷面n的局部損失系數(shù);λ為沿程損失系數(shù);ln-1為相鄰兩斷面間的長(zhǎng)度.將式(1)各式等號(hào)兩邊各項(xiàng)依次相加得

(2)

由導(dǎo)管的連續(xù)性方程知

v1A1=v2A2=v3A3=…=vnAn,

(3)

式中:Ai(i=1,2,…,n)為相應(yīng)斷面處的通流面積.將式(3)代入式(2)得

(4)

若令，

(5)

式(4)簡(jiǎn)化為

(6)

可表示為

(7)

或用流量表示為

(8)

式中:ξ稱為導(dǎo)管的等效損失系數(shù);Δp為導(dǎo)管進(jìn)口至出口的壓力差;L=zn-z1為導(dǎo)管長(zhǎng)度(垂直高度);Q為導(dǎo)管內(nèi)平均流量.顯然，ξ反映了導(dǎo)管內(nèi)部網(wǎng)紋增厚及幾何特性對(duì)流動(dòng)的影響，而式(7)-(8)則反映了植物導(dǎo)管幾何特性、水分輸送力以及輸送驅(qū)動(dòng)力之間的物理力學(xué)關(guān)系，揭示了植物導(dǎo)管水分的輸送機(jī)理.

2 CFD數(shù)值模擬

2.1 控制方程

為了確定網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管的等效損失系數(shù)ξ，在已知邊界條件的情況下，還需確定導(dǎo)管計(jì)算段進(jìn)出口間的壓差Δp.鑒于管內(nèi)壁凸點(diǎn)的復(fù)雜性，文中采用CFD數(shù)值模擬的方法確定Δp.因?qū)Ч軆?nèi)Re數(shù)小于1，根據(jù)文獻(xiàn)[14-15]的報(bào)道，使用層流模型進(jìn)行結(jié)果對(duì)比具有更好的計(jì)算精度.

2.2 網(wǎng)格設(shè)計(jì)

考慮到網(wǎng)紋增厚凸部結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性，網(wǎng)格劃分使用四面體或六面體的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格.在凸部突出的區(qū)域，由于幾何曲率變化較大，在凸部采用網(wǎng)格加密的方式進(jìn)行細(xì)化.網(wǎng)格規(guī)模以出/入口壓降預(yù)測(cè)精度為依據(jù)，進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)(見表1)，表中N為網(wǎng)格數(shù)量，PDD為壓降差異,標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格和細(xì)化網(wǎng)格的網(wǎng)格密度計(jì)算預(yù)測(cè)的壓降差異為0.24%，認(rèn)為網(wǎng)格數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果已沒有影響，因此采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格密度，其總單元數(shù)為724 230個(gè).網(wǎng)紋壁面網(wǎng)格分布形式如圖4所示.

表1 網(wǎng)格密度無關(guān)性檢驗(yàn)

圖4 網(wǎng)紋壁面網(wǎng)格分布

2.3 邊界條件

當(dāng)前，木質(zhì)部導(dǎo)管水分運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)理尚不完全清楚，文中仍按流體力學(xué)的基本原理設(shè)定水分運(yùn)動(dòng)的邊界條件.壁面采用非滑移條件，進(jìn)口已知速度取為0.003 m/s[5]，壓力出口為環(huán)境氣壓.同時(shí)，為減緩入口、出口人為邊界的影響，在進(jìn)口和出口段設(shè)置足夠長(zhǎng)的計(jì)算過渡段.

2.4 數(shù)值實(shí)現(xiàn)

計(jì)算硬件平臺(tái)為高性能計(jì)算系統(tǒng)，使用5臺(tái)PowerCube-S01云立方漢柏高性能并行計(jì)算機(jī)，計(jì)算軟件為ANSYS FLUENT17.1.通過數(shù)值模擬計(jì)算出不同條件下導(dǎo)管段的壓降Δp，再利用式(7)計(jì)算導(dǎo)管的等效損失系數(shù)，并分析網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管內(nèi)部的流動(dòng)特性.

3 計(jì)算結(jié)果

為便于比較分析，取導(dǎo)管網(wǎng)紋模型長(zhǎng)度為300 μm，內(nèi)徑為30 μm，紋寬和紋高為4 μm，軸向紋間距為20 μm，螺旋線數(shù)量為4，分別對(duì)不同導(dǎo)管模型進(jìn)行計(jì)算，分析導(dǎo)管的流動(dòng)特性.

3.1 凸點(diǎn)分布特性的影響

3.1.1 網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量

在其他參數(shù)設(shè)定的情況下，改變導(dǎo)管網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量，通過CFD數(shù)值模擬，可得到導(dǎo)管內(nèi)部的壓力、流速等流場(chǎng)參數(shù)，由此可得到導(dǎo)管進(jìn)/出口壓力差Δp、導(dǎo)管流量Q等流動(dòng)參數(shù)，再根據(jù)式(7)即可算出網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管的等效損失系數(shù)ξ如表2所示,表中N1為網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量，Qa為平均流量，ξ為等效損失系數(shù).

由表2可知，隨網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)平均流量減小，總壓降增大，等效損失系數(shù)也逐漸增大，當(dāng)網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量增加到8條時(shí)，壓降增大約16.34%，等效損失系數(shù)增大約26.45%.這表明，隨著網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管中的過流面積減小，平均流量減小，而網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量增加同時(shí)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)壁的阻力增大，因此導(dǎo)管內(nèi)的壓降增大，等效損失系數(shù)隨之增大.顯然，隨螺旋線數(shù)量的增加，導(dǎo)管的輸送阻力明顯加大，輸送能力將降低.

表2 導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量對(duì)壓降和等效損失系數(shù)的影響

Tab.2 Effects of number of helical curls on pressure drop and flow resistance coefficient

參數(shù)N1/條Δp/PaQa/(10-13m3·s-1)ξ210.228.3310 387數(shù)值411.118.2511 895811.898.2213 134

3.1.2 導(dǎo)管內(nèi)徑

在其他參數(shù)設(shè)定的情況下，等效損失系數(shù)的計(jì)算方法相同，結(jié)果見表3，表中l(wèi)v為導(dǎo)管內(nèi)徑.

表3 導(dǎo)管內(nèi)徑對(duì)壓降和等效損失系數(shù)的影響

Tab.3 Effects of vessel inner diameter on pressure drop and flow resistance coefficient

參數(shù)lv/μmΔp/PaQa/(10-13m3·s-1)ξ3011.118.2511 895數(shù)值406.0314.854 335503.6723.29951

由表3可知，隨導(dǎo)管內(nèi)徑增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)平均流量增大，總壓降減少，等效損失系數(shù)也逐漸減小，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)徑增加到50 μm時(shí)，壓降減少了約66.97%，等效損失系數(shù)減少約92.01%.這表明，隨著導(dǎo)管內(nèi)徑增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管中的過流面積增大，平均流量增大，而網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量、網(wǎng)紋高度、網(wǎng)紋寬度等導(dǎo)管內(nèi)壁的阻力參數(shù)不變，因此導(dǎo)管內(nèi)的壓降降低，等效損失系數(shù)隨之降低，輸送能力提高.

3.1.3 螺紋間距

在其他參數(shù)設(shè)定的情況下，等效損失系數(shù)的計(jì)算方法相同，結(jié)果見表4,表中ds為螺紋間距.

表4 導(dǎo)管內(nèi)螺紋間距對(duì)壓降和等效損失系數(shù)的影響

Tab.4 Effect of helical curl spacing on pressure drop and flow resistance coefficient

數(shù)值ds /μmΔp/PaQa/(10-13m3·s-1)ξ1011.658.2212 780數(shù)值2011.118.2511 8952511.018.3311 524

由表4可知，隨導(dǎo)管內(nèi)螺紋間距增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)平均流量增加，總壓降減小，等效損失系數(shù)也逐漸減小，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)螺紋間距增加到25μm時(shí)，壓降減少約5.49%，等效損失系數(shù)減少約9.83%.這表明，螺紋間距的增大，使網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)部網(wǎng)紋螺旋線旋轉(zhuǎn)圈數(shù)減少，內(nèi)部總體阻力減少且網(wǎng)紋增厚過流面積增大，壓降減少，等效損失系數(shù)降低，輸送能力提高.

3.1.4 網(wǎng)紋高度

在其他參數(shù)設(shè)定的情況下，等效損失系數(shù)的計(jì)算方法相同,結(jié)果見表5，表中hv為網(wǎng)紋高度.

表5 導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋高度對(duì)壓降和等效損失系數(shù)的影響

Tab.5 Effects of reticulated curl height on pressure drop and flow resistance coefficient

參數(shù)hv/μmΔp/PaQa/(10-13m3·s-1)ξ2.39.538.449 151數(shù)值3.010.028.3210 2964.011.118.2511 8955.012.768.2114 455

由表5可知，隨導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋高度增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)平均流量減小，總壓降增大，等效損失系數(shù)也逐漸增大，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋高度增加到5.0 μm時(shí)，壓降增大約33.89%，等效損失系數(shù)增大約57.96%.這表明，隨著導(dǎo)管網(wǎng)紋高度增加，網(wǎng)紋增厚處的截面面積變小，導(dǎo)致木質(zhì)部導(dǎo)管的整體流動(dòng)通道變小，平均流量減少，木質(zhì)部導(dǎo)管的局部流動(dòng)阻礙的變大，產(chǎn)生更多的能量損失，從而使得導(dǎo)管壓降增加，等效損失系數(shù)增大，輸送能力降低.

3.1.5 網(wǎng)紋寬度

在其他參數(shù)設(shè)定的情況下，等效損失系數(shù)的計(jì)算方法相同.結(jié)果見表6，表中bv為網(wǎng)紋寬度.

表6 導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋寬度對(duì)壓降和等效損失系數(shù)的影響

Tab.6 Effects of reticulated curl width on pressure drop and flow resistance coefficient

參數(shù)bv/μmΔp/PaQa/(10-13m3·s-1)ξ2.310.568.3010 955 數(shù)值3.010.678.2811 1684.011.118.2511 8955.011.578.2312 631

由表 6 可知，隨導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋寬度增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)平均流量減小，總壓降增大，等效損失系數(shù)也逐漸增大，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)網(wǎng)紋高度增加到5.0 μm時(shí)，壓降增大約9.56%，等效損失系數(shù)增大約15.30%.這表明，隨著導(dǎo)管網(wǎng)紋寬度增加，網(wǎng)紋導(dǎo)管中的阻力增大，總壓降減少，且流體過流面積減少，平均流量減少，輸送能力降低.但對(duì)比網(wǎng)紋高度，其對(duì)等效損失系數(shù)的影響較小.

綜合上述5種情況分析結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)紋模型使用伯努利方程建模，結(jié)合CFD數(shù)值模擬，可將木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)壁網(wǎng)紋增厚產(chǎn)生的阻力機(jī)制用等效水頭損失系數(shù)模擬，得出網(wǎng)紋高度對(duì)輸送效率的影響最大，螺旋線數(shù)量的影響次之，網(wǎng)紋寬度和網(wǎng)紋螺紋間距的影響最小.因網(wǎng)紋高度的增加會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)管流動(dòng)壁面凸部在徑向方向增大，會(huì)使壁面的回旋流動(dòng)區(qū)域變大，導(dǎo)致等效內(nèi)徑更小，輸送效率影響最大，網(wǎng)紋增厚其他參數(shù)變化相對(duì)網(wǎng)紋高度只單純?cè)诮Y(jié)構(gòu)阻力方面對(duì)輸水效率的影響，因此對(duì)于網(wǎng)紋導(dǎo)管增厚水分輸運(yùn)最主要影響因素是結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的回旋流動(dòng)區(qū)域大小的變化，回旋流動(dòng)區(qū)域越大，等效內(nèi)徑越小，輸送能力越低，反之則越高.

3.2 網(wǎng)紋導(dǎo)管內(nèi)部流動(dòng)特性分析

選取網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管進(jìn)行流場(chǎng)分析.其中模型長(zhǎng)度為300 μm，內(nèi)徑為30 μm，紋寬和紋高為4 μm，軸向紋間距為20 μm，螺旋線數(shù)量為8，圖5為網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管中流體整體壓力分布云圖，圖6為網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管中速度分布云圖.從圖5中可以看出導(dǎo)管整體壓力變化,其入口壁面壓強(qiáng)較大，隨著流體流動(dòng)，壓強(qiáng)均勻減小，當(dāng)在近壁面遇到網(wǎng)紋凸部時(shí)，因流動(dòng)遇到阻力，使流動(dòng)方向產(chǎn)生突變，局部能量損失增大，使凸部前后產(chǎn)生了較大壓差.圖6中流體沿導(dǎo)管壁面流動(dòng)的整體流速很小，由于增厚網(wǎng)紋的存在，使凸部壁面流動(dòng)產(chǎn)生了局部回旋流動(dòng)，此時(shí)導(dǎo)管流體流動(dòng)的等效內(nèi)徑小于實(shí)際導(dǎo)管內(nèi)徑，也解釋了網(wǎng)紋增厚參數(shù)變化導(dǎo)致流量降低，壓降增大的原因.

圖5 網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管中流體的壓力分布云圖

Fig.5 Pressure contours in reticulated thickening vessel

圖6 流體沿導(dǎo)管壁面流動(dòng)示意圖

Fig.6 Fluid velocity contours and streamline in cross-sections in reticulated thickening vessel

3.3 不同類型增厚導(dǎo)管與光滑導(dǎo)管結(jié)構(gòu)流阻分析

為了研究木質(zhì)部導(dǎo)管的水分傳輸效率，對(duì)不同類型增厚導(dǎo)管和理想光滑導(dǎo)管進(jìn)行比較分析(見表7)，計(jì)算導(dǎo)管由不同增厚結(jié)構(gòu)引起的結(jié)構(gòu)流阻，計(jì)算公式為

(9)

式中：F表示結(jié)構(gòu)流阻；ξs為相同內(nèi)徑理想光滑管道的等效損失系數(shù).顯然，結(jié)構(gòu)流阻越接近于1，導(dǎo)管的傳輸效率就越接近理想管道.

表7 不同增厚結(jié)構(gòu)導(dǎo)管和光滑管等效損失系數(shù)計(jì)算值

Tab.7 Calculated flow resistance coefficients of different thickening vessels and smooth vessel

D/μmξ網(wǎng)紋管ξ螺紋管ξ環(huán)紋管ξ光滑管3011 89511 13211 4998 126404 3353 9344 1492 81950951895923426

選取網(wǎng)紋、螺紋、環(huán)紋3種不同類型增厚導(dǎo)管與光滑導(dǎo)管進(jìn)行阻力分析，其中不同增厚導(dǎo)管的參數(shù)為長(zhǎng)度為300 μm，紋寬和紋高為4 μm，軸向紋間距為20 μm，其中網(wǎng)紋導(dǎo)管的螺旋線數(shù)量為4；得到不同增厚導(dǎo)管等效損失系數(shù)見表6，D為導(dǎo)管內(nèi)徑，所示通過式(9)計(jì)算得出導(dǎo)管內(nèi)徑大小與導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)流阻之間的變化規(guī)律如圖7所示.圖中計(jì)算得出不同類型增厚導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)流阻θfr與導(dǎo)管內(nèi)徑大小成正比，增厚導(dǎo)管內(nèi)徑D越大，在其他設(shè)置條件一致的情況下，結(jié)構(gòu)流阻越大.

圖7 不同增厚導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)流阻與內(nèi)徑的關(guān)系

Fig.7 Relationship between flow resistance coefficientand inner diameter for different thickening vessels

3種導(dǎo)管增厚類型中網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管整體結(jié)構(gòu)流阻最大，環(huán)紋增厚導(dǎo)管次之，螺紋增厚導(dǎo)管最小.以導(dǎo)管網(wǎng)紋增厚為例，在導(dǎo)管內(nèi)徑D=30 μm 時(shí)，結(jié)構(gòu)流阻的比值為31.67%;導(dǎo)管內(nèi)徑為D=50 μm 時(shí)，結(jié)構(gòu)流阻的比值為55.21%，說明內(nèi)徑增加，導(dǎo)管增厚的結(jié)構(gòu)引起的阻力所占比重越小，導(dǎo)管的流動(dòng)特性越接近光滑管道.表7中，3種不同導(dǎo)管增厚結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)管內(nèi)徑較小時(shí)，導(dǎo)管等效損失系數(shù)大，說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征影響水分傳輸效率大，因此作為3種增厚結(jié)構(gòu)中最復(fù)雜的網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)其阻力最大，且網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)更容易使導(dǎo)管產(chǎn)生回旋流動(dòng)區(qū)域，而環(huán)紋增厚比螺紋增厚阻力大的原因可能是螺紋與導(dǎo)管徑向呈一定角度，對(duì)回旋流動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一定擾動(dòng)，使其回旋流動(dòng)區(qū)域減小，阻力減小.在導(dǎo)管內(nèi)徑較大時(shí)，3種增厚結(jié)構(gòu)對(duì)等效損失系數(shù)的影響基本一致，說明在導(dǎo)管尺寸較大時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對(duì)流動(dòng)阻力影響很小，這與文獻(xiàn)[2，12]等研究結(jié)論相似.

4 結(jié) 論

1) 導(dǎo)管內(nèi)徑、螺旋線數(shù)量、螺紋間距、網(wǎng)紋高度和網(wǎng)紋寬度對(duì)流動(dòng)阻力有顯著的影響.等效損失系數(shù)與網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量、網(wǎng)紋高度、網(wǎng)紋寬度成正比，與導(dǎo)管內(nèi)徑、螺紋間距成反比；總壓降與網(wǎng)紋螺旋線數(shù)量、網(wǎng)紋高度、網(wǎng)紋寬度成正比，與導(dǎo)管內(nèi)徑、螺紋間距成反比.

2) 對(duì)比3種不同導(dǎo)管增厚結(jié)構(gòu)，網(wǎng)紋增厚導(dǎo)管整體結(jié)構(gòu)流阻最大，環(huán)紋增厚導(dǎo)管次之，螺紋增厚導(dǎo)管最小，且增厚導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)流阻與導(dǎo)管內(nèi)徑大小成正比，內(nèi)徑越大，增厚導(dǎo)管的傳輸效率就越接近理想光滑管道.

3) 導(dǎo)管網(wǎng)紋增厚對(duì)水分輸運(yùn)影響通過網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)變化和網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)引起回旋流動(dòng)共同作用，且回旋流動(dòng)區(qū)域大小是影響網(wǎng)紋導(dǎo)管水分輸運(yùn)的主要因素所在.