不同加气和粒径条件下浑水滴灌滴头堵塞特性研究

为探明浑水滴灌过程中水中加气对滴头堵塞的影响,以齿形迷宫流道滴头为研究对象,采用周期性间歇灌水测试方法,用最大粒径小于0.1mm的泥沙配置了5种不同的浑水,运用激光粒度分析仪和场发射扫描电镜等方法研究了滴头堵塞状况。结果表明：加气和泥沙颗粒级配对滴头堵塞具有极显著影响（P<0.01);加气提升了毛管内泥沙输移能力、促进大泥沙颗粒排出,减小淤积泥沙中值粒径,且泥沙最大粒径越小,加气对泥沙运移的影响越小,毛管淤积物质量、淤积泥沙中值粒径较未加气处理减少8.75%～31.92%、8.59%～35.64%;泥沙粒径为0.075～0.100mm时,滴头流量下降最快,泥沙为粒径0～0100mm时,滴头流量下降最慢;加气增大了水流紊动程度,促进浑水中大颗粒泥沙在流道内的输移;加气加剧了浑水中小颗粒泥沙在流道入口处黏附,加速了流道入口堵塞,滴头Dra和Cu比未加气处理低9.0～18.7个百分点和16.2～36.4个百分点,这是造成加气加速滴头堵塞的主要原因。建议进行毛管冲洗,降低流道入口堵塞风险,以提高加气滴灌滴头的抗堵塞性。     

浑水特性与水温对滴头抗堵塞性能的影响

为探明迷宫流道滴头发生物理堵塞的成因及过程,采用分段粒径浑水周期间歇滴灌的试验方法,分别对含沙量、泥沙颗粒粒径和水温对滴头堵塞发生过程的影响进行研究。结果表明:对于泥沙颗粒粒径小于0.1 mm的浑水滴灌而言,粒径越小越易造成滴头堵塞,且其堵塞程度随浑水含沙量的升高而急剧升高;存在造成滴头堵塞的敏感粒径范围,在夏季灌溉时小于0.031 mm的粒径为易堵塞粒径;水温是影响滴头堵塞的重要因素,水温越高滴头的抗物理堵塞性能越好。     

温度对施肥滴灌系统滴头堵塞的影响

为探究不同灌水温度下水肥一体化滴灌滴头堵塞成因与过程,采用固定周期间歇滴灌的多因素完全随机试验设计方法,分别在冬、夏两个季节研究了3种不同泥沙级配浑水与3个不同施肥质量浓度组合对滴头堵塞的影响和堵塞变化过程。结果表明,灌水温度是影响滴头堵塞的重要因素,与水质交互耦合效应显著,夏季施肥和未施肥2种情况下灌溉滴头的抗堵塞性能均高于冬季,夏季有效灌水次数是冬季的1.26~1.43倍;施肥加速滴头堵塞的作用受泥沙级配和灌水温度的影响,冬季灌溉水中0.034~0.1 mm粒径粗颗粒含量越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感,夏季灌溉水中0~0.034 mm细颗粒越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感。建议灌水温度较低时,水肥一体化滴灌应控制在较低的施肥质量浓度下灌溉,适当增大次灌水时间,减少灌溉次数。     

浑水泥沙粒径与含沙量对迷宫流道堵塞的影响

为客观评价浑水中泥沙特性对滴头流道堵塞的影响以及合理选择滴灌水质处理方法,采用L9（34）的正交试验设计方法,进行了浑水间歇灌水测试,并提出了以滴头平均相对流量和灌水均匀度系数作为基本参数的滴头堵塞程度综合评价方法,比较分析了压力、含沙量以及泥沙粒径等变化对滴头堵塞比例和堵塞程度的影响规律.研究结果表明：对于粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒,工作压力对流道堵塞的影响非常显著,其次为泥沙粒径;滴头堵塞程度的大小是由粒径、含沙量、工作压力三者相互耦合作用引起的,且相互之间不存在单调相关关系.在实际灌水过程中,当灌溉水中含有较多小于0.1 mm的泥沙颗粒时,应尽量滤除粒径小于0.048 mm的颗粒,并可加入分散剂,阻止细小黏粒的团聚絮凝作用,以提高滴头抗堵塞能力.     

泥沙粒径对大流道迷宫灌水器堵塞影响研究

为探明大流道迷宫灌水器发生物理堵塞的成因及堵塞过程,采用连续加沙灌溉和间歇灌溉相结合方法,研究了粒径小于0.15mm的8种泥沙颗粒对灌水器堵塞和灌水系统均匀性的影响。结果表明,浑水含沙量在低于2g/L范围内变动对灌水器堵塞没有明显影响;当含沙量为2.0g/L时,泥沙粒径是造成大流道迷宫灌水器堵塞的主要原因,引发堵塞敏感粒径范围为0.10~0.15mm,且堵塞形式主要表现为突然完全堵塞,粒径为0.058~0.075mm的泥沙颗粒最不易引发堵塞;极易堵粒径相互组合会加剧灌水器的堵塞,易堵粒径组混合在一起有减轻堵塞效果的作用。相较于常规滴灌灌水器的易堵粒径,0.1mm以上粒径的泥沙颗粒更易滤除,在浑水灌溉时可优先选用大流道灌水器。     

不同冲洗措施下迷宫流道灌水器泥沙运行分布机理研究

评估了3种冲洗流速（0.25、0.50、0.75m/s）和5种冲洗频率（2d冲洗1次、4d冲洗1次、7d冲洗1次、10d冲洗1次和无冲洗对照组）对内嵌式齿形迷宫流道灌水器抗堵塞性能的影响,利用激光粒度仪对水源泥沙、滴头排出泥沙、滴头内滞留泥沙进行级配对比和粒径分析,并对不同冲洗处理下灌水器的相对流量和灌水均匀度进行拟合。结果表明：冲洗处理对齿形迷宫流道灌水器抗堵塞性能有显著影响,12种冲洗处理提高了内嵌式齿形迷宫流道灌水器的输沙能力,使滴头使用年限平均提高了39.58%;在冲洗作用下,泥沙凝聚沉降的机会降低,流道内小颗粒泥沙及时排出,没有形成体积较大的团聚体,滴头堵塞形成缓慢,灌水均匀度和流量系数下降缓慢;冲洗处理能有效减少毛管内泥沙堆积,降低大颗粒泥沙进入迷宫流道的机率,从而提高了齿形迷宫流道灌水器的抗堵塞性能。     

射流三通对灌水器抗堵塞特性的影响

为探明射流三通应用射流附壁与切换技术形成的脉冲水流对滴灌灌水器抗堵塞能力的影响和原因,采用筛分法,分选出6种小于0. 1 mm的泥沙粒径段,配置成3种泥沙级配组合和0. 5、1. 0、1. 5 g/L含沙量浑水,总进口压力为0. 1 MPa,分析射流三通和普通三通条件下滴灌测试系统的抗堵塞特性。结果表明:射流三通产生脉冲振幅为27 k Pa和振荡频率为236次/min左右的脉冲水流,对粒径为0. 03～0. 05 mm和0～0. 03 mm的泥沙抗堵塞能力较为显著,对粒径为0. 05～0. 10 mm的泥沙颗粒随着含沙量的增大抗堵塞能力呈减弱趋势;射流三通测试系统发生堵塞的灌水次数平均比普通三通测试系统多3～8次;不同含沙量下射流三通测试系统相对平均流量和灌水均匀性都高于普通三通,射流三通产生的高频脉冲水流是灌水器抗堵塞能力强于普通三通的主要因素。     

细小泥沙对半透膜微润管堵塞的影响

为探明半透膜微润管对细小泥沙抗堵塞性能的影响,采用有压连续灌水方式对微润管3种粒径组成小于0.100 mm的泥沙颗粒进行了不同质量分数浑水灌溉堵塞试验.分析了泥沙粒径、含沙量以及压力水头对灌水器堵塞的影响,同时探讨了灌水器发生堵塞时的敏感粒径范围和含沙量质量分数值.试验结果表明:随着浑水含沙量的增大堵塞越严重,呈正相关关系;粒径在0.061 0 mm~0.100 0 mm对微润管的堵塞影响最大;相同水质条件下,随着压力水头的增大微润管堵塞程度会降低.研究结果为进一步利用半透膜微润灌溉技术提供了相关的理论基础.     

冲洗压力及周期对滴灌灌水器堵塞性能的影响

为了探究不同冲洗压力及周期对灌水器堵塞性能的影响,以提高滴灌系统对含砂率较高的地表水源的适应性,采用室内短周期间歇性浑水滴灌试验,配置浑水的含砂率为3.0g/L,研究了3种冲洗压力(0.003,0.006,0.012MPa)和3种冲洗周期(1,4,7d及无冲洗组)对滴头堵塞性能、管道内泥沙分布及滴头内滞留泥沙的影响,结果表明:冲洗压力及冲洗周期对滴头使用寿命均有显著影响。在9种冲洗组合措施中,毛管最佳冲洗处理组比未冲洗组对照滴头使用时间提高52.41%。为保持良好的灌水器抗堵塞性能和降低滴灌系统的运行成本,推荐使用的冲洗压力为0.12MPa,冲洗周期为4d。冲洗能够降低大颗粒泥沙进入迷宫流道,并减少小颗粒泥沙絮凝胶结在管道内壁,从而提高滴头抗堵塞性能,延长滴头使用时间。     

泥沙粒径及压力对滴头抗堵塞性能的影响

根据滴灌实际运行情况,采用分段粒径浑水持续灌溉的试验方法,分析了泥沙颗粒粒径及进口压力对迷宫式流道滴头的流量、均匀度及堵塞的影响。结果表明:在粒径小于0.125mm的泥沙颗粒中,较小颗粒的制紊效应要大于较大颗粒的制紊效应,泥沙颗粒粒径及进口压力均是影响灌溉均匀度的因素;含沙量较低时(0.5g/L),粒径是影响滴头堵塞的主要因素,在0.030 8~0.125mm粒径范围内,粒径较小时更容易引起堵塞,进口压力不同时容易引起堵塞的敏感粒径范围不同,压力为0.15及0.105MPa时,敏感粒径为0.045~0.075mm,进口压力降至0.075MPa后,敏感粒径为0.0308~0.045mm;连续灌溉条件下压力不是影响滴头堵塞的主要因素。     

动态水压对迷宫流道滴头抗堵塞性能影响与机理分析

为缓解浑水灌溉中滴头堵塞的问题,评估了3种水压模式(恒定水压、台阶波形水压、三角函数波形水压)对滴头堵塞的控制效果,并对不同水压模式下滴头内堵塞物质、滴头排出物质的级配和粒径进行分析。结果表明：动态水压处理滴头使用寿命延长了79.06%,滴头抗堵塞性能优于恒定水压处理;波形对滴头抗堵塞性能影响较小,两种不同波形动态水压处理滴头的使用寿命仅相差2.77%。动态水压处理流道内水流紊动剧烈,能更好地移除沉积、附着在迷宫流道内的堵塞物质,与恒压处理相比,滴头内黏粒、粉粒堵塞物质分别减少了22.19%～36.75%和13.22%～25.06%。动态水压处理下滴头排出泥沙的粒径增大,最大粒径比恒定水压处理增大了44.34%,动态水压处理迷宫流道内水流流线时刻发生变化,水流的挟沙能力增强,大颗粒泥沙更容易从滴头排出。     

内镶式反滤防堵塞灌水器及滴灌管的研制和应用技术研究

目前国内外内镶式灌水器设计和生产中普遍采用的在灌水器上直接设置单一紊流态细小流道的生产工艺,在实际应用中存在着滴头易堵塞、对水质要求高等问题,为此,研制内镶式反滤防堵塞灌水器及滴灌管,既能防物理性堵塞,还能防生物性和化学性堵塞,解决滴灌系统灌水器的易堵塞难题,不仅可用于常规的地表滴灌,还可用于地下滴灌和灌溉施肥。     

滴灌毛管泥沙分布与灌水器堵塞试验研究

为探明滴灌毛管泥沙分布及灌水器堵塞规律,通过对8种粒径的泥沙进行短周期浑水试验和堵塞试验,研究了泥沙在不同毛管分布和灌水器堵塞规律。结果表明:泥沙在不同毛管中淤积量的不均匀程度可以通过毛管淤积分布系数来衡量;泥沙在支管中的运动状态对进入毛管中的泥沙量影响很大,通过计算支管泥沙悬浮指数,可确定泥沙在不同毛管中的淤积状况,悬浮指数越大,泥沙在各毛管淤积量越不均匀,突变发生在悬浮指数等于0.325处;大颗粒泥沙在毛管底部以推移质形式运动,是造成灌水器突然堵塞的直接原因,且主要出现在第1、2条毛管中,而细小颗粒的絮凝作用是造成灌水器逐渐堵塞的主要原因。     

加气对滴头堵塞行为的影响

为探明加气滴灌下滴头堵塞规律及影响因素,选用4种不同特征参数(流量Q、最小断面尺寸min(W,D)和入水栅格面积M)的内镶贴片式滴头E1,E2,E3和E4,分别在加气(AI)和未加气(CK)条件下进行了滴头堵塞测试,并通过泥沙絮凝沉降试验对其结果进行了验证.结果表明:加气和滴头结构对滴头堵塞性能具有显著影响(P<0.05).加气加剧水中泥沙颗粒的絮凝沉降、加速絮凝颗粒在毛管内和流道入口的黏附、增大滴头入口发生突然堵塞风险是造成加气加剧滴头堵塞的主要原因;当选择入口尺寸较大的E4滴头时,其流道入口堵塞风险降低、流道内泥沙絮凝沉降速率减缓而表现出加气减缓滴头堵塞,而选择入口尺寸较小的E1—E3滴头时,其毛管内泥沙絮凝沉降速率增大、滴头入口堵塞风险增高而表现出加气加剧滴头堵塞.     

泥沙浓度与进口压力对迷宫流道滴头堵塞的影响

为探明泥沙浓度与进口压力对内镶片式迷宫流道滴头堵塞的原因及规律,采用全组合试验方法。分选出粒径小于0.10 mm的泥沙,配制成3种泥沙浓度的浑水,分别在0.025和0.075 MPa压力下,采用周期性间歇灌水试验观测流量变化,通过激光粒度仪分析堵塞泥沙粒径,结合克里斯琴森均匀系数和滴头相对流量分析滴头堵塞规律。试验结果表明:0.025 MPa,堵塞部位分布较集中,且堵塞部位较靠管末;0.075 MPa,堵塞部位分布较分散,且均匀地分布在滴灌管上。相同泥沙浓度下,0.075 MPa压力较0.025 MPa易引起滴头堵塞;滴头堵塞程度并不完全随泥沙浓度增大而加快,部分浓度较小的浑水堵塞发展较快于浓度较大的浑水,在一定的压力下,存在易造成滴头堵塞的敏感浓度范围。     

组合滴灌管抗堵塞性能研究

【目的】研究Φ16滴灌管在含沙量与系统工作压力下滴头堵塞规律并探究组合滴灌管解决滴头堵塞的方法。【方法】采用试验因素完全组合的方法,分选出粒径小于0.10 mm的泥沙,配制成含沙量为1.00、1.25、1.50 g/L的浑水,分别在0.025 MPa和0.075 MPa压力下,针对Φ16滴灌管,采用周期性间歇灌水试验观测滴头流量,结合克里斯琴森均匀系数和滴头相对流量分析Φ16滴灌管的堵塞规律。重新铺设Φ16滴灌管,将原滴头堵塞部位及前后各750 mm滴灌管用Φ20滴灌管替换,组成组合滴灌管,在相同含沙量与系统工作压力下探究组合滴灌管的抗堵塞性能。【结果】0.025 MPa压力下,组合滴灌管能使堵塞部位分布更集中,含沙量为1.25 g/L时,组合滴灌管的抗堵塞性能较明显;0.075 MPa,组合滴灌管抗堵塞性能随泥沙浓度增大而更明显。【结论】组合滴灌管在一定条件下能够改变滴头的堵塞规律,同时能改变滴头堵塞类型。     

含沙水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80 m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90 m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。     

泥沙级配对浑水灌溉下土壤水分增长过程的影响分析

通过在测坑中开展灌溉条件下2种含沙量4种泥沙级配组合下的浑水灌溉入渗试验,发现泥沙级配对土壤水分增长过程的影响显著:泥沙级配越细,相同灌溉入渗历时的累积入渗量和土壤含水量的增加量越小,与清水灌溉试验结果的差异性越大。同一含沙量浑水灌溉,泥沙级配越细,不同深度土壤含水量始变历时和增长拐点历时更长;同一泥沙级配浑水灌溉,含沙量越大,不同深度土壤含水量始变历时和增长拐点历时更长。相同入渗历时,浑水灌溉下的累积入渗量和土壤含水量变化量均较清水灌溉的小,土壤水分增长较清水缓慢;由于浑水中泥沙的阻渗和减渗作用,同一含沙量条件下,泥沙级配越细,灌水后相同入渗历时的土壤含水量变化量和累积入渗量越小;同一泥沙级配浑水,含沙量越大,灌水后相同入渗历时的土壤含水量变化量和累积入渗量越小。     

高频脉冲条件下灌水器水沙两相流数值模拟

为提高灌水器的抗堵塞性能,在与射流三通产生波形相同参数(周期、振幅)的高频脉冲波(正弦波、三角波、梯形波、矩形波)的条件下,以迷宫流道灌水器为研究对象,应用CFD两相流含沙量数值分析,采用k-ε湍流模型及多相流Eulerian模型,模拟高频脉冲条件下流量与压力水头关系、含沙量的瞬时分布,分析高频脉冲条件对颗粒物沉积区含沙量变化的影响。结果表明,高频脉冲波对灌水器平均流量和抗堵塞性能影响较大,高频脉冲波的波动性和连续性对提高灌水器抗堵塞能力起主要作用;抗堵塞能力由大到小的高频脉冲波形顺序为正弦波、三角波、梯形波、矩形波;入流含沙量增加会导致旋涡区泥沙的沉积,高频脉冲波可以增强旋涡区的冲刷以提高抗堵塞性能;灌水器内各处含沙量均随颗粒粒径的增大而升高,不同粒径下含沙量分布和变化略有不同。射流三通产生的脉冲波有利于提高灌水器的抗堵塞能力。     

基于CFD三维数值模拟的新型蠕动式滴灌灌水器水力性能研究

灌水器是滴灌系统中的核心部件。滴灌技术在农业节水灌溉系统中发挥着举足轻重的作用。针对传统滴灌灌水器流道易堵塞,结构较复杂,流量不稳定等缺点,提出一种新型蠕动式滴灌灌水器。该灌水器以转轮为核心部件,水流推动转轮间歇挤压具有较好弹性的软管,达到定时定量输水的目的。基于CFD三维数值模拟技术,对该滴灌器内部流道结构进行模拟,得到流量-压力关系式。蠕动滴灌器提高了滴头流道的抗堵性能,具有"自清洗"功能;装置结构简单,便于使用和安装。