施肥机管路布置对文丘里施肥器吸肥性能的影响

为探究施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与通道数量等方面的影响,研究选用相同规格的5个文丘里施肥器,针对不同主管压力和2种管路布置方式进行了多通道吸肥室内试验.结果表明:旁路吸肥式与旁路助肥式相比,可同时支配高效吸肥的通道数量较多,最多可达到6个,且对灌溉系统主管压力范围要求更宽泛,可同时满足多种营养液的精准配比施肥;当吸肥通道数量小于3个时,旁路助肥式单通道吸肥量随主管压力的增大而减小,而旁路吸肥式单通道吸肥量随主管压力增大基本保持稳定值;相同通道数量下,旁路吸肥式管路布置下的总吸肥流量和注肥比例明显大于旁路助肥式管路,“3吸肥通道+旁路吸肥式管路”可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式.     

文丘里施肥器吸肥性能试验研究

通过对文丘里施肥器吸肥性能测试,分析其吸肥流量与喉部负压、进出口压力和进口流量间的关系.结果表明:在吸肥初期阶段,吸肥流量随进口压力和进口流量的增大而增大,当吸肥流量达到最大值后,吸肥流量基本稳定,不受进口压力和进口流量增大变化的影响;吸肥浓度随进口压力和流量的增大先增大后减小,在喉部负压降低到最低点时,吸肥浓度达到最大,试验用文丘里施肥器的最大吸肥浓度约12％～13％.因此,灌溉系统中选择文丘里施肥器时,应考虑其吸肥性能,确定合理的进口压力和进口流量,以达到精确施肥的效果.     

水肥一体机吸肥性能影响因素试验分析

针对文丘里和施肥泵组合结构的水肥一体机,分析了其结构组成和工作原理,得出了影响吸肥性能的主要因素,包括主管压力、主管流量、进口压力、施肥泵流量、通道数量、吸肥口数量、液位高度、过滤器等。在此基础上构建了试验装置,并进一步通过试验研究了这些因素对吸肥性能的影响。结果表明:主管压力对吸肥性能影响取决于施肥泵扬程,当施肥泵扬程大于主管最大压力约10m时没有影响,否则会产生显著影响;施肥泵流量在一定范围内与吸肥流量呈线性关系,需大于5个通道文丘里吸肥器工作流量总和时才能工作良好;施肥管道进口压力对吸肥流量影响较大,进口压力越高,吸肥流量越小,进口压力为0.1～0.2MPa时较合适;肥液桶内液位对吸肥流量有一定的影响,吸肥流量随着桶内液位升高而增加,20cm和100cm时相差约5%;主管流量、通道数量、吸肥口数量和有无过滤器对吸肥流量影响较小,参数选择合适时可以忽略。本研究可为水肥一体机设计和应用提供参考。     

微灌系统文丘里施肥器吸肥性能试验

为了研究微灌系统文丘里施肥器吸肥性能与结构参数的关系,对4种组合式喉管规格的某文丘里施肥器分别在0.10,0.15,0.20,0.25和0.30 MPa进口压力下进行了吸肥性能试验.研究结果表明,文丘里施肥器临界压差和最大压差与进口压力呈线性正相关关系,进口流量随着进口压力或进出口压差的升高而呈增大趋势;当出口与进口压力之比低于0.4时,随着喉管直径的减小、收缩角和扩散角的增大,吸肥流量与出口流量之比逐渐上升;而当压力比高于0.4时,吸肥流量与出口流量之比则呈相反的变化趋势.建立了吸肥性能与喉管几何尺寸及工作参数之间关系的回归模型,可为文丘里施肥器的设计和运行提供技术依据.     

复合式吸肥装置结构设计与性能试验

设计了一种新型复合式吸肥装置,并对其吸肥性能进行检测,与传统单文丘里管进行对比以验证其可行性。试验结果表明：在吸肥初始阶段,复合式吸肥装置喉部真空负压随进出口压力差的增大而降低,吸肥流量增大。吸肥流量随真空负压的绝对值增大呈线性增大趋势;当进出口压力差达到0.28MPa左右时,真空负压降到最低值而不再发生变化,与此同时吸肥流量达到最大值;与单文丘里管相比,复合式吸肥装置由于使用过程中压力损失及水头损失,其单管吸肥流量较单文丘里管吸肥流量略有减小,但由于吸肥管数的增加,吸肥量可成倍增加。因此,在复合式吸肥装置进口处调节进口压力变化,在0.02～0.28MPa的正确进出口压力差工作区间下控制复合式吸肥装置,可达到精确施肥的目的。     

文丘里施肥器的空化特性试验研究

为了研究文丘里施肥器在压差较大的情况下产生的临界空化对微灌系统灌水器的工作压力影响,试验选取并研究了DN25型文丘里施肥器在吸肥过程中发生的空化现象,测试了7个不同进口压力水平下文丘里施肥器的吸肥流量随进出口压差变化的规律,同时采用动态应变仪测得了对应工况下施肥器喉部和扩散段外侧的应变数据,比较分析了应变数据的标准差与吸肥流量之间的关系,以及文丘里施肥器发生空化时内部流动特性变化规律.试验结果表明,当进口压力在0.20 MPa以下时,文丘里施肥器内部未发生空化;当进口压力在0.20 MPa以上时,吸肥流量增大至某稳定值时所对应的临界最大压差与进口压力呈线性关系,此时文丘里施肥器内部发生临界空化.当进口压力超过临界最大压差时,应变标准差随进出口压差变化的趋势曲线呈M型,且M型曲线的3个特征拐点对应的进出口压差均与其进口压力呈线性关系.     

低压灌溉系统中文丘里施肥器吸肥性能试验分析

水肥一体化灌溉施肥技术是现代农业的一个重要标志,在一些发达国家已经作为一种标准作业方式进行运用。低压滴灌施肥技术作为一种能量优化的水肥一体化灌溉施肥技术,不仅具备常压滴灌施肥技术的优点,还可以降低灌溉施肥系统的成本,是未来滴灌发展的重要发展方向。为此,在基于CFD数值模拟方法得出满足低压灌溉系统的文丘里施肥器结构参数的基础上,以优化后的结构参数试制出一款文丘里施肥器样品,并在进口压力为0~0.1MPa的范围内进行试验。结果表明:进口流量比、吸肥流量和肥液浓度都是随着进口压力的增加而增大,且当进口压力为0.05MPa时,进口流量比达到最大,为11.17%;当进口压力为0.07MPa时,吸肥流量达到最大,为0.245m^3/h;当进口压力为0.0 5 MPa时,肥液浓度达到最大,为1 0.0 4%。该肥液浓度条件能满足实际灌溉要求,在获得同等或更高的吸肥性能时具有更低的工作进口压力,更适用于低压滴灌系统,为低压灌溉的研究提供了参考。     

水动式比例施肥泵大田性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥泵具有运行稳定、精准施肥的优点,在微灌系统中应用广泛。滴灌系统中为了达到设计要求的灌水均匀度,滴灌管入口压力应不低于设计压力,在维持滴灌管入口压力稳定的基础上,结合大田膜下滴灌系统进行了水力驱动式比例施肥泵的性能试验,分析了施肥泵入口流量、吸肥比例、滴灌管入口压力对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:施肥泵入口流量随着滴灌管入口压力的增大而变大,吸肥比例对入口流量基本没有影响;吸肥比例设定在2%～4%时,实际所需的施肥时间与设定时间相比增加了近1/4,吸肥比例和滴灌管入口压力都较大时易发生堵塞,侧翼迷宫式滴灌管整体稳定性不如内镶贴片式滴灌管;在大田滴灌运行时较大毛管入口压力与较大吸肥比例配合施肥精度较低,不宜采用。     

水力驱动式比例施肥器性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥器具有施肥精度高,运行稳定的优点,在滴灌系统中使用越来越普遍。为了达到设计要求的灌溉均匀度,滴灌系统毛管首部压力应不低于设计压力,在保持滴灌带首部压力不变的前提下,进行了水力驱动式比例施肥器的性能试验,分析了吸肥泵作用压差、施肥比例、吸肥比例对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:在设计流量范围内,施肥泵入口流量随作用压差的增大呈现先增后减的趋势,施肥比例对入口流量基本没有影响,在压差0.02~0.035 MPa时运行性能较稳定;同一压差下,吸肥比例的实测值与设定值的偏差随着吸肥比例的增加而增大,同一吸肥比例的条件下,施肥泵出口和汇入干管后肥液的质量百分浓度基本不随时间变化,随着施肥桶中的肥液浓度的增加而增加,反映出比例施肥泵均匀性高的特点。为了提高施肥精度,在运行时不要使用较大压差与较小施肥比例配合以及较小压差与较大施肥比例配合。     

文丘里施肥器结构参数优化对吸肥性能的影响

为了降低文丘里施肥器进出口压差和提高吸肥效率,选取文丘里施肥器的7个关键参数,采用正交设计方法构造了18种结构参数方案.应用CFD技术模拟分析了每种方案的吸肥性能,以吸肥效率为评价指标提出了最优结构参数方案,并加工成样品,与优化前产品进行了吸肥性能试验对比.结果表明:进口压力不变时,文丘里施肥器吸肥流量随着进出口压差的增大而增大;当吸肥流量相同时,进口压力越大,则所需的压差越大.优化后的吸肥流量较优化前平均提高了114.6%,最大吸肥流量平均提高了31.5%.不同的进口压力下,文丘里施肥器开始吸肥时临界压力比几乎是定值,优化前后平均值分别为0.46和0.61,表明结构优化后文丘里施肥器的工作压力范围得到了拓宽,验证了结构优化设计和数值模拟的可靠性.     

动态水压坡地喷灌水量分布特性与均匀度研究

针对坡地喷灌水量分布不均匀、灌溉质量较低的问题,将动态水压供水技术引入坡地喷灌,以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,分析了动态水压喷灌对喷头流量、射程、喷洒湿润面积、单喷头水量分布和组合喷头水量分布及均匀度的影响。结果表明:对于单喷头而言,采用动态水压喷灌的上下坡射程差在2.3 m左右,动压参数中动压振幅对射程影响较显著,动压喷灌时,振幅建议采用喷头正常工作压力范围内的较大值;单喷头水量分布均匀度在56%左右,动态水压参数对单喷头水量分布和喷灌均匀度影响不显著。在组合喷头的情况下,采用正三角形和矩形布置的均匀度高于正方形布置,其中采用矩形布置喷灌质量最佳。综合考虑工程投资、水量分布以及均匀度,动态水压喷灌时,当喷头采用三角形布置方式时,建议喷头间距为1.0～1.2R(R是喷头平地射程),当喷头采用矩形布置方式时,坡向间距宜采用0.6～0.8R,垂直坡向间距宜采用1.0～1.2R。     

基于卷盘式喷灌机的低压双喷枪喷洒水力特征研究

针对卷盘式喷灌机配备中高压大流量喷枪导致的能源消耗问题,基于HY50叶轮式喷枪在低压条件下的移动水量分布特性,将两个HY50叶轮式喷枪水量分布曲线以12m喷枪间距进行组合叠加,使其在较低工作压力下喷洒,但不降低喷洒宽度,以达到降低能耗、提高生产效率的目的。研究发现,随着工作压力的增加,双喷枪喷洒幅宽、喷灌水深均随之增加,同时,双喷枪移动水量分布形式逐渐趋向“三角形”,有利于多喷枪组合喷洒;并对12m低压双喷枪在0.15、0.25MPa工作压力下的水力性能进行了田间试验,12m双喷枪的田间试验结果与计算值最大偏差不大于11.62%。双喷枪基本达到了降压不降喷洒域的目的,对于低压喷灌设备的研究具有一定参考意义。     

基于PenPan模型中国蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

蒸发皿蒸发量是衡量大气蒸发能力的重要指标。为了研究中国地区蒸发皿蒸发量的时空变化规律和成因,利用全国751个站点1961-2017年的逐日气象观测资料(平均温度、风速、相对湿度、日照时数),基于PenPan模型对20cm蒸发皿蒸发量进行估算。对中国地区57a的气象数据和PenPan模型模拟结果进行趋势分析,探究影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素。结果发现:在1961-1993年期间,中国地区存在“蒸发悖论”现象,影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素为风速;1994-2017年“蒸发悖论”现象消失,此时主导因素为饱和水汽压差;两阶段相比,空气温度对蒸发的作用增大,而风速的作用减小。春夏秋冬4个季节,蒸发量在空间上差异较大。辐射项蒸发量的夏季最大值在西北地区,其余季节在华南地区;动力项蒸发量冬季最大值在华南地区,其余季节在西北地区;随着季节推移,总蒸发量最大区域由西北转移到华南地区。根据蒸发皿蒸发量的时空变化情况,可以得出西北和华南地区需要根据该地区蒸发量的季节变化合理调配水资源。     

基于无人机热红外的水分胁迫指数与土壤含水率关系研究

为了实时快速监测作物根系活动层的土壤含水率,利用低空无人机搭载的热红外相机获取经4种水分处理的棉花花铃期一天中5个时刻的冠层温度,并连续观测5 d,应用水分胁迫指数(CWSI)的理论模式、简化模式、定义模式计算得到3种CWSI,与棉花根系不同土壤深度含水率建立模型。研究表明:3种胁迫指数与土壤含水率具有幂函数关系,其中理论模式与土壤含水率的相关性最佳,定义模式次之,简化模式最差;在一天中不同监测时间点上,3种CWSI的监测精度在13∶00最高,9∶00和17∶00最差;在监测深度上,3种胁迫指数与0～60 cm处的土壤含水率关系最为紧密,0～30 cm次之,0～15 cm最差。该研究可大面积获取作物根系层土壤含水率,提高作物根系层土壤含水率的反演精度。     

平作紫花苜蓿滴灌前后盐碱地土壤水盐运移研究

试验为研究滴灌对盐碱地土壤的改良作用,合理开发和利用盐碱地资源,以耐盐碱牧草紫花苜蓿为试验材料,按12 mm的灌水定额和一周一次的灌水频率,来研究滴灌过程中,一次滴灌前后盐碱地土壤水盐运移规律。结果表明:滴灌对盐碱地土壤有良好的淋洗作用,滴灌后24和72 h,滴头下表层土壤的电导率和p H分别较滴灌前降低了72.2%和8.2%、74.7%和5.0%。滴灌结束后,随时间增加,土壤水分蒸发量增多,返盐现象严重。     

基于快速原型的底盘测功机阻力电模拟研究

针对目前底盘测功机电模拟研究存在模拟模型不精确的问题,通过研究底盘测功机电模拟原理,对汽车在道路工况和测试工况下进行了动力学分析,建立了底盘测功机加载装置阻力电模拟的数学模型。在基于快速原型的底盘测功机加载平台上,运用底盘测功机进行了恒速测功试验。结果表明:实时速度与设定速度误差在0.5 km/h以内,驱动轮输出功率16.8 kW,模拟精度较高。可为电力底盘测功机软件开发提供技术支持和硬件平台。     

豫北地区不同灌水处理对冬小麦生长发育与产量形成的影响

以河南省人民胜利渠灌区种植的冬小麦为研究对象,通过分析冬小麦在不同灌水条件下的生育进程、形态指标及产量构成因素差异,为确定冬小麦的节水高产灌溉制度及水资源高效利用提供理论基础。结果表明:土壤墒情状况对冬小麦生长发育具有决定性的影响,水分亏缺会对冬小麦群体植株形态指标产生不良影响;低水分处理(T-50)叶面积指数、植株高度、干物质积累等性状低于适宜水分处理,土壤水分不足时,会造成叶面积指数、植株高度和干物质累积量等低于正常值;穗部性状随着土壤水分的降低而减少,T-50的处理最低,无效小穗数受土壤水分的影响规律性不明显;穗粒重和产量最高出现在适宜水分处理(T-60)中。     

光伏提水匹配模型与优化在西藏高原草场喷灌工程中应用——以阿里地区为例

以西藏高寒地区光伏提水草场喷灌为研究对象,利用噶尔站太阳辐射数据,构建日照分布函数模型及光伏阵列最大输出功率模型,计算出设计灌溉面积2.07hm^2草场所需光伏阵列系统的峰值功率,为草场优化配置32块光伏板,即峰值功率为6.88kW时,可以满足项目区生育期的灌水需求。工程应用表明:光伏匹配模型和优化计算所确定的光伏板数量和功率是可行的,能够驱动水泵正常运行,满足燕麦灌水需求。     

基于Landsat8和Sentinel-1A数据的焦作广利灌区夏玉米土壤墒情监测方法研究

土壤水分是影响农业生产活动的重要因素,在旱情监测、农作物估产等方面有重要意义。研究采用水云模型来消除研究区域植被对后向散射的影响。建立植被含水量和归一化水指数的关系提取模型中所需的植被含水量参数。利用AIEM模型结合粗糙度参数Zs建立研究区土壤墒情反演模型,将模型应用于河南省焦作广利灌区,反演结果和实测值相关性达0.7。将水云模型与AIEM模型联合反演土壤墒情,取得了较为满意的结果,该方法具有较高的适用性。     

淮北平原基于ARIMA模型的冬小麦日土壤水分预测

准确预测土壤水分动态变化对农作物生长以及节水灌溉至关重要。为反映逐日土壤水分动态变化,利用五道沟水文实验站蒸渗仪2017-2018年土壤水实测资料,采用时间序列分析方法,分别建立了冬小麦全生育期10、30、50 cm土层的土壤水分计算模型。结果表明:10、30、50 cm土壤含水量变异系数有明显差异,随土层深度增加逐渐减小,分别为0.190、0.103、0.040。利用ARIMA模型对土壤水分进行拟合,10、30、50 cm土层土壤水分计算模型分别为ARIMA(4,1,7)、ARIMA(1,1,2)、ARIMA(2,1,3),拟合优度R^2均大于0.95;不同土层土壤水分计算模型均具有较好的预测能力,且随深度增加预测精度提高,由10 cm增至50 cm最大相对误差从15.6%降至5.1%。研究成果为进一步制定淮北平原节水灌溉制度,提高田间水利用率具有重要意义。