复合型渐缩—突扩流道水力性能及其消能效果

设计了一种新型复合型渐缩-突扩流道灌水器,为了研究水力性能与消能效果,以灌水器挡水结构张角,边壁距离和挡水板间距为几何参数,设计了4因素3水平正交试验,同时利用Fluent软件对不同方案下的灌水器进行数值模拟研究,通过对试验结果进行直观分析和方差分析,建立了各结构参数与局部水头损失系数之间的回归模型。结果表明,灌水器流态指数为0.479-0.539,水力性能良好;在15m压力水头下,流道单元内局部水头损失系数为3.220-12.665,消能效果较好,雷诺系数Re为440-2217;在10 m压力水头下临界雷诺数Re995;边壁距离和挡水板间距均显著影响灌水器局部水头损失系数,建立了灌水器结构参数与局部水头损失系数之间的回归模型,回归效果较好。     

某新型灌水器流道水力性能的数值模拟

采用RNG紊流模型,对不同压力进口条件下的某新型灌水器内部流道进行了三维数值模拟,通过与实测结果进行对比,验证了所选数学模型的可靠性和正确性,并得到该新型灌水器水头损失和流量关系以及上下游压差力和流量的关系,可以为微灌灌水器的研发提供技术支撑。     

基于灌水器水力性能的紊流模型对比研究

采用计算流体动力学软件Fluent提供的3种最常用的紊流模型,对不同压力进口条件下的某新型灌水器内部流道进行了三维数值模拟,获得了水头损失及堵头上下游压差力的数值模拟结果,通过与实测结果进行对比可知,RNGk-ε模型是最适合模拟该灌水器水力性能的紊流模型,可以为今后灌水器的研发提供参考。     

低压孔口式膜灌袋水力特性研究

为了提高灌水效率,实现高效节水目的,提出一种基于蓄水于袋理念的灌溉技术。通过自制试验装置在0.3 m低压水头下对不同规格的膜袋进行出流试验,运用水力学原理,对水头损失、沿程孔口出流量的变化进行研究,并对灌水器制作精度及灌水均匀度进行分析。研究表明:孔距相同时,孔径为0.6 mm的膜袋水头损失大于孔径0.5 mm的;孔径相同时,孔距为30 cm和40 cm的水头损失基本相同。孔距相同时,孔径0.6 mm膜灌袋的孔口平均流量均大于孔径0.5mm的;孔径相同时,孔距40 cm膜袋的孔口平均流量均大于孔距30 cm的。试验处理条件下的孔口制作偏差均小于等于0.10,优良率为100%,满足灌水器质量标准。孔距30 cm和40 cm、孔径0.5 mm和0.6 mm的4种规格膜袋灌水均匀度均在80%以上,属于高均匀度节水灌溉技术。     

滴灌灌水小区水力设计的遗传算法研究

以滴灌灌水器平均流量与设计流量的差值为目标函数,将支管末端节点的压力水头作为决策变量,应用二分法与退步法进行毛管和支管的水力计算,建立微灌灌水小区整体水力设计的遗传算法模型。仿真结果表明,模型与算法具有很高的求解效率、计算精度以及良好的通用性和实用价值。在进行灌水小区水力设计的同时,还能够得到支管和毛管的流量、压力分布,以及灌水器平均流量、最大流量、最小流量等特征值及其孔口位置,确定压力偏差、流量偏差、灌水均匀度等灌水质量控制指标。可适用于非均匀坡、变管径、变间距等坡地微灌灌水小区的水力计算与设计,也可用来对已设计或铺设好的灌水小区进行校核与评价。     

灌水器的工作水头对微灌系统灌水均匀度影响的研究

本文根据微灌灌水器的基本水力持性和一般通用的水力学计算公式以及微灌系统支、毛管水力计算的基本原理，分析了灌水器的工作水头对灌水均匀度的影响，得出新的结论：灌水器的工作水头对系统灌水均匀度的影响并非是“灌水器的工作水头愈高，则微灌系统的灌水均匀度愈高”的单调关系，而是与灌水器的流态指数ｘ，管道的流量指数ｍ以及地形坡度Ｊ有关。所得结论已通过计算机数值模拟和试验得到验证。     

基于动网格模型的弹簧式灌水器流场数值模拟研究

弹簧式灌水器因其灌水均匀,流量稳定等优点得到广泛应用,但由于弹簧式灌水器内部结构复杂,进一步研发和优化受到阻碍,为获得灌水器流道相关水力性能的关系,采用动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对弹簧式灌水器的流动进行了三维静态及三维动态数值模拟对比研究,将计算值与试验值对照分析,获得水头损失、上下游压差力与流量之间的关系。结果表明:三维动网格模型与三维静网格模型的计算精度接近,但三维动网格模型能更真实地模拟出三维静网格模型所不能反映的运动边界。     

基于量纲分析的内镶圆柱式毛管局部水头损失研究

为了研究内镶圆柱式毛管局部水头损失规律,本文对常见4种滴灌管进行了灌水试验,同时采用CFD数值分析对4种滴灌管进行了模拟与分析验证,在此基础上,对12种滴灌管进行了模拟研究,通过量纲分析研究了毛管局部水头损失影响因素。结果表明:毛管总水头损失模拟值与实测值吻合度较好;毛管局部水头损失与毛管内径、滴头内径、滴头长度、水流流速、水流运动黏滞系数有关;毛管局部水头损失占沿程水头损失的比值与滴头间距密切相关,以Φ16毛管为例,毛管局部水头损失是沿程水头损失的0.23~1.89倍,毛管层流段水头损失很小,在不需精确计算时可忽略不计。研究结果可为管网水力计算提供参考。     

贵州山区长距离输水管道局部水头损失计算分析

山区长距离输水以管道为主,在工程前期阶段设计工作中,管线局部水头损失通常按沿程水头损失的5%～10%考虑,但在已建或在建的工程实践中发现,施工图阶段的局部水头损失往往大于前期设计中按该比例估算的局部水头损失,进而引起输水建筑物结构型式或布置调整,造成工程建设投资增加。选用贵州山区几条典型已建和在建长距离输水管道的水力计算成果,将其与实际结果对比分析后得出:①当输水管径为0.5～1.6 m、流速为0.8～1.6 m/s时,局部水头损失占沿程水头比例为3%～20%;地形条件复杂的区域,比例甚至可达到60%左右。②为使输水建筑物布置更加科学合理,减少后期设计中出现较大变更,使工程总投资整体可控,在输水管道前期设计中,考虑局部水头损失应综合分析管材、管径、管道布置、地形地貌等因素的影响。     

无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟

为探究微孔陶瓷灌水器在地下灌溉的入渗特性,基于土壤水动力学原理,在前人对微孔陶瓷灌水器周围土壤水势分析的基础上,建立了无压条件下微孔陶瓷灌水器在土壤中的出流模型,并通过室内土桶试验验证了模型的准确性。结果表明:该文提出的出流模型可以较好地模拟无压条件下微孔陶瓷灌水器土壤中的出流现象。在0m工作水头下,灌水器周围土壤含水率变化是造成灌水器流量变化的根本原因,土壤含水率较低时,灌水器可以较大流量出流;随着灌溉的进行,土壤含水率逐渐增加,使得灌水器流量减小;当土壤含水率达到饱和后,灌水器就会停止出流。而当土壤水分耗散时,灌水器又可恢复出流,灌水器出流量与土壤水分耗散量基本相当,因此灌水器出流可以实时补充土壤水分。本研究可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

管道变径调压效果试验

为解决丘陵坡地发展滴灌,田间配水管网压力不均衡、灌水均匀度达不到要求的问题,结合广西高效节水灌溉工程发展的实践经验,提出管道变径的调压方法对支管的压力水头进行调节,并通过经验公式和试验分析管道变径调压方法的效果。结果：通过管道变径调压方法能有效地解决因地势高差引起的支管水压不均衡、灌水均匀度达不到要求的问题,且经验公式计算结果可直接用于支管变径调压设计。     

滴灌系统灌水器堵塞机理与控制方法研究进展

滴灌系统灌水器堵塞问题直接影响灌水均匀度、系统运行效益和使用寿命,是滴灌领域的国际难题之一,而地下滴灌系统中负压吸泥作用与根系入侵效应使得灌水器堵塞机理更为复杂。尤其是水资源短缺与水污染并重的现状迫使滴灌水源多元化、滴灌系统由单一灌溉功能逐步向灌溉施肥等多功能转变以及滴灌技术在高附加值的多年生作物上的应用等因素,对灌水器抗堵塞能力提出了更高的要求。本文通过回顾滴灌系统灌水器堵塞问题研究历程,系统总结了灌水器堵塞类型、测试与评价方法以及发生特征与预报方法,通过建立堵塞物质提取与精细测试方法,分别从堵塞物质形成与生长过程、水源中多物质运移过程两个角度,揭示了灌水器堵塞耦合诱发机制与持续增长机理,通过综合控制堵塞物质来源(前控)、提升自身抗堵塞能力(中排)和有效清除堵塞物质(后清)等多角度建立了灌水器堵塞控制方法,最终提出该领域急需进一步研究的问题和方向。本文旨在为解决滴灌系统灌水器堵塞问题及推动滴灌技术规模化应用与推广提供理论支撑。     

微灌管道局部水头损失扩大系数的修正

根据微灌水力学原理,修正了微灌管道局部水头损失扩大系数,并对影响局部水头损失扩大系数的因素进行了敏感性分析。结果表明:当微灌管道出水口较少及进口端长度不等于出水口间距时,采用修正后的微灌管道局部水头损失扩大系数可以提高管道总水头损失的计算精度。     

滴灌系统毛管单/双向供水方式对灌水和施肥均匀性的影响

滴灌系统管网布置形式及运行管理模式是影响滴灌系统灌水和施肥均匀性的重要因素。本研究评价了供水方式、毛管长度及毛管首部压力对沿毛管压力分布、灌水器流量分布、灌水和施肥均匀性及水肥一致性的影响。试验中,毛管供水方式设置单向供水(A1)和双向供水(A2);毛管长度设置70(L1)、100(L2)和130 m(L3)3个水平;毛管首部压力设置0.02(P2)、0.04(P4)、0.06(P6)、0.08(P8)和0.10 MPa(P10)5个水平。结果表明,相同毛管长度及毛管首部压力情况下,双向供水处理流量偏差率较单向供水低18%～43%。在灌水器允许流量偏差率为20%时,双向供水毛管极限铺设长度较单向供水增加约60%。方差分析结果显示毛管供水方式、毛管长度及毛管首部压力对灌水和施肥均匀系数的影响均达到了极显著水平(p0.01),双向供水方式可以显著提高灌水和施肥均匀性。在毛管长度100 m和130 m条件下,双向供水的灌水和施肥一致性较单向供水提高3%～4%。建议在规模化滴灌系统中采用双向供水方式,以达到增加毛管允许铺设长度、提高灌水和施肥均匀性和一致性的目的。     

灌区低压管道输水灌溉技术

灌区管道输水系统占地少，能减少灌溉水量的渗漏和蒸发损失，是农田灌溉实现节水、渠系输、配、灌水自动化的一条经济有效途径。该文针对灌区低压管道输水系统规划设计参数确定、管网布置、管材选择、附属设备选择等方面进行了概述。     

发丝滴头水力性能试验研究

在试验室内对发丝滴头进行了自由出流的水力性能试验,试验结果表明:发丝滴头出流流量与工作压力、发丝管长度、发丝管直径和发丝管缠绕直径有关,并根据试验结果,分析拟合出了发丝滴头新出流公式,同时计算了发丝滴头流量偏差率和制造偏差系数,表明试验用发丝滴头制造质量较好。并对发丝滴头进行了升降压试验,结果表明,在升降压过程中,发丝滴头出流量稍有变化,升压过程均匀度好于降压过程。     

灌区自压微灌独立管网系统优化设计研究

微灌管网系统由田间管网系统和骨干管网系统两部分组成,田间管网入口所需压力只与灌水器设计工作水头及田间管网允许水头差有关,因此两部分的优化问题是相互独立的。目前田间管网优化设计主要是在限定面积且布置已定的情况下进行支毛管管径组合优化。本研究在不限定管网系统面积的情况下建立了单向毛管田间管网、双向毛管田间管网及自压微灌骨干管网的优化设计数学模型,可同时完成相应管网的优化布置和优化设计且能得到最佳控制面积。利用解的不可行度对随机产生的初始种群进行选择以改善种群质量,利用罚函数法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。结果表明:双向毛管田间管网在控制面积及单位面积投资两方面均优于单向毛管田间管网,推荐以双向毛管田间管网优化结果为基础进行骨干管网的优化,算法收敛性能稳定,具有较高的计算精度,此优化设计研究成果对自压微灌系统设计及区域管网优化设计具有一定的实际意义。     

浅井低压灌溉优化配套技术研究及应用

本文对已有的浅井工程进行抽水试验、灌溉试验，经过理论分析，推导出了单井低压管道输水灌溉系统的最21-优出水量、最佳降深、最佳扬程、经济管径及田间多孔软管配水计算方法，确定了浅井灌溉费用最小、效益最大的浅井低压灌溉优化配套技术。     

水锤泵内部流道优化及性能研究

水锤泵是一种不用电和油的自动泵水机械,在缺电、无电的山区、农村具有广阔的应用前景。为解决传统设计过程中难以对流道进行评析、研发周期长以及产品性能低的难题,提出了水头损失系数、阀瓣升力系数、阀瓣受力偏心距和出口流速分布均匀度的水锤泵内部流道评价指标和相应的数学模型,建立了采用前扩式和后扩式流道的水锤泵数值模型,并进行了分析对比。前扩式和后扩式流道的水头损失系数分别为4.51和3.72,泄水阀的升力系数分别为4.11和2.23,泄水阀受力来流方向的偏心距分别为0.21 mm和2.02 mm,泄水阀出口的流速分布均匀度分别为47.8%和69.2%。经对比,后扩式流道的水头损失系数和泄水阀升力系数小,受力偏心距大,出口流速分布均匀度高,是一种较为合理的布置形式。选择后扩式流道制造生产了新型水锤泵,在不同作用水头和扬程下进行多工况性能测试,建立了扬水量评估公式,给出了所需的来水量。