地下滴灌灌水器堵塞特性田间评估

以运行2年的日光温室番茄地下滴灌系统为对象,通过对灌水器流量进行测试,分析了滴灌带埋深、施肥次数、施肥量和土壤层状结构等对灌水器堵塞程度及灌水均匀性的影响.滴灌系统包括滴灌带埋深为0、15和30cm的33个小区,2年累计施肥次数的变化范围为0～19,累计施尿素量变化范围为0～1 023kg/hm2.结果表明,运行2年后地表和地下滴灌灌水器发生了轻微堵塞,其中流量降低超过25%的灌水器占2.7%,完全堵塞的灌水器占2.1%;施肥次数、施肥量和土壤层状结构对堵塞的发生没有明显影响,地表滴灌比地下滴灌堵塞略为严重;未发现根系入侵造成的灌水器堵塞.对发生堵塞灌水器在系统中的位置进行调查后发现,大部分堵塞灌水器位于毛管的最末端.为了定量评价灌水器堵塞程度对灌水均匀性的影响,建立了灌水器流量变差系数与流量降低百分数之间的回归关系,结果表明灌水器流量均匀系数随堵塞引起的流量降低百分数的增大而线性增大.     

有涡和无涡流道迷宫灌水器水力性能比较

分析迷宫灌水器流道内旋涡存在与否的压力流量情况,得出其对灌水器水力性能的影响。以矩形、三角形、梯形3种有涡流道灌水器模型为基础,并进行结构优化,形成相应的3种无涡流道灌水器模型,利用FLUENT软件模拟和分析6种迷宫流道内水流运动情况,得出各种迷宫灌水器的压力流量关系,从而可知流量系数和流态指数。通过分析可知:同等条件下,3种有涡流道灌水器中,三角形灌水器的流量系数最小,但其流态指数最大;优化后的3种无涡流道灌水器中,三角形灌水器的流量系数最小,其流态指数也最小,说明灌水器流道结构优化后,三角形灌水器的流态指数明显降低,其水力性能得到很大提高,故应优先选用三角形无涡流道灌水器。     

三角形迷宫流道滴灌灌水器结构参数及水力特性研究

以滴灌灌水器三角形迷宫流道结构为研究单元,利用均匀设计方法,结合计算流体动力学软件Fluent6.2对流道内部流体的流动进行了数值模拟,通过多元回归计算,获得流道各结构参数与流量系数和流态指数的量化关系。分析这一量化关系表明,流道转角与流量成负相关,与流态指数成正相关;流道宽与流量成正相关,与流态指数成负相关;齿高与流量成负相关,与流态指数成正相关。同时分析了灌水器内部流道的水力性能和流场特性,为三角形迷宫流道滴灌灌水器的研发提供了相应的理论依据。     

三角形迷宫流道滴灌灌水器结构参数及水力特性研究

以滴灌灌水器三角形迷宫流道结构为研究单元,利用均匀设计方法,结合计算流体动力学软件Fluent6．2对流道内部流体的流动进行了数值模拟,通过多元回归计算．获得流道各结构参数与流量系数和流态指数的量化关系。分析这一量化关系表明．流道转角与流量成负相关,与流态指数成正相关;流道宽与流量成正相关,与流态指数成负相关;齿高与流量成负相关,与流态指数成正相关。同时分析了灌水器内部流道的水力性能和流场特性．为三角形迷宫流道滴灌灌水器的研发提供了相应的理论依据。     

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。     

多滴头小管径滴灌系统水力性能试验研究

通过多滴头小管径滴管系统灌水试验研究,评价流量与水头压力关系,进而进行灌水器的综合性能指标分析与评价。结果表明:在额定压力工作条件下,灌水器的制造偏差小于5%,等级为优等;灌水器的灌水均匀度大于95%,灌水均匀性良好;灌水器的水头损失比例为3%,损失比例较小,适宜于温室灌溉。     

迷宫流道断面形状对灌水器水力性能的影响

为研究矩形迷宫流道断面形状对灌水器水力性能的影响,利用软件FLUENT6.1软件对5种流道断面形状不同的矩形迷宫流道内水流运动进行数值模拟,通过模拟得到的灌水器压力～流量关系和灌水器内水流流速分布分析得出：1）流量系数、流态指数均与断面湿周呈正相关,断面湿周越大流量波动性及对压力的敏感程度越大;2）流道断面湿周较小的L1型迷宫灌水器其流态指数小于其它4种,小于0.57,说明该灌水器内水流为紊流,其压力补偿性较高;3）灌水器流道内水流具有重复性;4）流道断面形状对灌水器内水流流速分布不会产生较大影响。因此,在灌水器流道断面为矩形且面积相同的情况下,流道断面为正方形的灌水器的水力性能要优于其它断面形状的灌水器,且流道断面湿周越小,灌水器的压力补偿性越高,系统灌溉均匀度越高。     

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。     

层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

滴灌系统运行方式对砂壤土水氮分布影响的试验研究

以一种砂粒含量高达95%的砂土为对象，开展了滴灌施肥灌溉条件下，灌水器流量、灌水量和系统运行方式对水分、硝态氮和铵态氮分布影响的室内试验。灌水器流量的变化范围为0.5～2.0L/h，灌水量为6～7.7L；系统运行方式包括不同灌水和施肥次序组成的4种方案。研究结果表明，径向和垂直湿润距离随灌水量的增加呈幂函数关系增加；灌水量相同时，随灌水器流量的增大，灌水器周围的土壤含水率增加，垂直湿润距离减小，而径向湿润距离变化不大；灌水器流量一定时，垂直湿润距离随灌水量的增大而明显增加。对氮素分布的测试结果表明，硝态氮在湿润体边界存在累积现象；铵态氮在灌水器附近出现浓度高峰，且铵态氮集中在灌水器周围15cm范围内。滴灌施肥灌溉系统运行方式对硝态氮在土壤中的分布影响明显，建议采用最初用灌水施肥总时间的1/4灌水，再用1/2时间施肥，最后用1/4时间冲洗管道的运行方式，以便将施入土壤的氮素最大限度地保留在作物根区内，防止硝态氮淋失。     

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。     

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。     

迷宫灌水器堵塞与输沙能力实验研究

针对含有0.25-0.224 mm与0.224-0.18 mm两种不同粒径泥沙的浑水,在三种灌水器进口压力、四种舍沙量以及不同毛管中水流流速等情况下,当其通过迷宫灌水器时所引起的灌水器物理堵塞情况以及灌水器的输沙能力进行了实验研究,结果表明:1)浑水中泥沙粒径大小是引起迷宫灌水器堵塞的主要因素,其次是灌水器进口压力.浑水中泥沙粒径越大.灌水器进口压力越高,灌水器发生堵塞的可能性越大;2)泥沙时迷宫灌水器的堵塞是一个既突然又逐步发展的过程,且泥沙总是充满灌水器流道的整个横断面;3)对粒径小于灌水器流道尺寸近1/5的泥沙颗粒而言,在一定的运行时段内,当迷宫灌水器流量不变时,其输沙能力会随着浑水舍沙量的提高而提高,可以将进入其中的泥沙全部输出灌水器,对某一含沙量的浑水,灌水器输沙能力随着其流量的增大而增大.     

微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析

田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%～57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%～925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%～9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%～186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。     

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。     

滴灌施肥条件下土壤氮运移研究浅析

文章通过对国外滴灌施肥条件下氮素运移的模拟和试验研究进行整理综合,得出滴灌施肥条件下土壤氮的运移和分布主要受土壤特性、灌水器流量、肥液浓度、时间和历时及灌水量的影响,而灌水器周围饱和区半径的确定是影响土壤氮素运移模拟精度的关键因素,土壤参数的量化是影响试验结果的重要因素。     

三角环流滴灌灌水器抗堵塞特性研究

堵塞已成为滴灌技术的行业难题,是影响滴灌技术发展的关键问题之一。针对这一问题,构建了一种三角环流滴灌灌水器,并开展了基于CFD的水力及抗堵塞特性模拟分析。CFD分析表明,灌溉水中的颗粒粒径与浓度对灌水器流量影响不明显,对灌水器流道内的颗粒浓度分布影响显著,灌溉水中的颗粒粒径越大、浓度越高,灌水器流道内累积的颗粒浓度越大。当灌溉水中颗粒粒径为0.05 mm时,灌水器流道内的最大浓度只有1.582%,而且流道内泥沙颗粒的累积效应不显著,说明三角环流滴灌灌水器具有较好的抗堵塞能力。     

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。     

负压自动补给灌溉原理及可行性试验研究

本文提出了一种新型的负压节水灌溉技术，系统在水源高程低于灌水器高程(供水水头为负值)情况下，无需动力加压设备，自动补给实现灌溉作业。理论分析了负压灌溉的基本原理。试验研究了水源与灌水器间不同高程差(H)对灌水效果的影响，试验结果表明：累计入渗量、最大水平和垂直湿润距离随时间呈幂函数变化关系，随高程差呈指数变化关系，相关系数均非常高；湿润锋开始时运移较快，等时间线较稀疏，后来运移变慢，等时间线变密，湿润体近似为椭球体。理论上和试验均说明只要灌水器与水源的高差不超过一定范围，负压灌溉是可行的。     

竹料镇滴灌系统节水增产效果分析

滴灌具有较高的灌水均匀度,当灌水均匀系数UC≥70%时,灌水器流量偏差的分布表现为正态分布,可概化成一线性的累积频率模型。本文利用该模型及灌水量,求出在不同灌溉条件下受灌水量影响的产量。通过对水的费用、产品价格、灌水均匀度、灌水量对作物的影响程度、环境污染等要素进行经济分析,从而对竹料镇滴灌系统的节水增产效果进行分析。