压力补偿式滴头结构优化及性能测试

灌水器作为滴灌系统的核心部件,其性能直接影响到滴灌系统的灌水质量和使用寿命。【目的】针对我国滴灌系统推广应用中普遍存在的灌水均匀度低、滴头易堵塞等技术问题,在对压力补偿式滴头工作原理研究的基础上,优化设计滴头的压力补偿区和流道结构。【方法】通过对比分析,选定硅胶作为弹性膜片的原材料,并确定了弹性膜片的结构参数;根据Ansys-Fluent软件模拟的不同流道结构的流场分布特点及流道不同结构参数条件下的水力性能特点,确定了滴头流道的结构形式和结构参数。【结果】通过产品试制及实测试验,研发的压力补偿式滴头的制造偏差系数为2.05%,流态指数为0.048,灌水均匀度为96.34%。【结论】结构优化的滴头的压力补偿性能好,灌水均匀度高,可在高效滴灌技术中进一步推广。     

压力补偿滴头流动阻力分析与流量预测研究

为探究压力补偿滴头流动阻力产生的主要部位、变化及对滴头流量的影响,采用基于雷诺平均维纳-斯托克斯(RANS)模型的瞬态和稳态流固耦合计算方法,模拟研究了压力补偿滴头流体与弹性片之间的相互作用,分析了工作压力0~300kPa范围内弹性片变形、流动阻力与流量之间的关系。结果表明：数值模拟能够准确预测一定工作压力范围内压力补偿滴头的流量,不同工作压力下滴头流量模拟值与实测值的平均误差为12.32%。弹性片的变形经历快速变形、缓慢变形和长期微小变形3个阶段。随着弹性片变形程度增加,迷宫流道压力损失占比逐渐减小,压力补偿腔和副流道压力损失明显增加。流动阻力主要发生在迷宫流道、弹性片与凸台之间,弹性片接触凸台前,流动阻力主要取决于迷宫流道的能耗,滴头流量随工作压力的增加而增长。弹性片接触凸台后,流动阻力为工作压力的线性函数,滴头流量在一定压力范围内保持恒定;主流道结构影响压力补偿滴头的最小补偿压力,副流道结构对压力补偿滴头的流量调节作用具有重要影响。     

典型压力补偿滴头结构分析

在滴灌工程中,滴头是系统中的关键部件。压力补偿滴头具有出水流量不受压力变化影响、抗堵塞性较好、具有自冲洗功能等优点,已成为世界各国研发的热点。评价了管上孔口式、内镶片式和内镶圆柱式3种压力补偿滴头的压力补偿原理和结构形式,分析了其发展动向,并提出了提高我国压力补偿滴头研发水平的建议。     

弹性片特性对压力补偿滴头水力性能的影响

为了探明弹性片性能与滴头水力性能之间的关系,提高建立压力补偿滴头设计方法,采用滴头样品进行水力性能测试,研究了弹性片硬度和厚度对迷宫流道结构滴头流量系数、流态指数、起调压力、补偿区间的影响.结果表明:弹性片硬度和厚度对滴头流量影响具有统计学意义(P≤0.01),且硬度对滴头流量的影响程度大于厚度;弹性片硬度和厚度均与流量系数、起调压力、补偿区间呈正相关关系,与流态指数呈负相关关系;存在适宜的弹性片特性范围,使不同结构压力补偿滴头拥有较小的起调压力、最小的流态指数和最大补偿区间.该试验滴头在弹性片硬度为60 HA、厚度为1.2 mm时,流态指数最小,其值为0.078.建立了弹性片特征参数与滴头流量、流态指数、起调压力和补偿区间的数学关系,可为压力补偿滴头的快速开发提供一定的理论依据.     

低压滴灌灌水均匀性研究

灌水均匀度是衡量滴灌系统灌水质量和水力设计的重要指标,为探究低压条件下提高灌水均匀度的方法,试验以压力补偿内镶式滴灌带和压力补偿圆柱式滴灌管为材料,测定不同毛管入口压力、敷设长度、灌水器间距的滴头流量分布及灌水均匀度。结果表明,在低压条件下,滴灌灌水均匀度随毛管入口压力的增大及敷设长度的减小而提高,随灌水器间距的增大而缓慢降低,其中毛管敷设长度影响最大,毛管类型次之,灌水器间距最小,当两种滴灌毛管入口压力在2~5 m时,灌水均匀度均高于85%,且随入口压力的减小而缓慢降低,入口压力在0.5~2 m时,灌水均匀度显著降低,压力补偿内镶式滴灌带灌水均匀度低于80%,但压力补偿圆柱式滴灌管灌水均匀度仍高于80%;当两种滴灌毛管敷设长度在40~70 m时,灌水均匀度均高于85%,且随敷设长度的增大而缓慢降低,敷设长度在70~90 m时,灌水均匀度显著降低,当压力补偿内镶式滴灌带和压力补偿圆柱式滴灌管的敷设长度分别大于75、85 m时,灌水均匀度均低于80%。因此,为满足工程设计对滴灌灌水均匀度不低于80%的要求,压力补偿内镶式滴灌带入口压力不低于2 m、敷设长度控制在75 m以内,压力补偿圆柱式滴灌管入口压力不低于0.5 m、敷设长度控制在85 m以内;为有效降低工程投资,工程设计可适当增大滴灌毛管灌水器间距。     

新型螺旋式抗堵塞滴头研制

利用涡流原理 ,设计一种长流道螺旋式渐变水道的新型滴头。利用沿程与局部水头损失的消能和调节作用 ,保证了滴头出水有较高的均匀度 ;在流线型流道中的涡漩水流 ,形成了滴头的自冲洗和抗堵塞性能 ,配合以滴头的可拆卸设计 ,使滴头堵塞不再成为影响滴灌系统寿命和灌水质量的一大难题     

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。     

膜片对压力补偿灌水器水力性能影响及内部流固耦合模拟

为了研究弹性膜片参数对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响和内部补偿腔压力补偿原理,以Supertif-03120-0003型号的压力补偿灌水器为原型件,通过3D打印技术制作管上式灌水器试验件,测试入口压力为0~350 kPa时的压力-流量曲线,分析弹性膜片(天然橡胶材质)的厚度与硬度对其水力性能的影响;借助ADINA软件,采用流固耦合的计算方法,分析了压力补偿灌水器内部补偿原理及水力性能.结果表明:弹性膜片厚度一定,随着硬度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势;弹性膜片硬度一定,随着厚度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势,在起调压力点之后,灌水器出流量的增长速率减慢,最终压力-流量曲线趋于平缓.在此灌水器内部结构下,膜片参数存在最优选择,即厚度为1.4 mm,硬度为50HA;压力-流量关系的数值模拟值与实测值比较接近,两者最大偏差小于5%,说明采用ADINA软件模拟得出的压力-流量关系与实测值具有较好的一致性.该方法为压力补偿灌水器的进一步研发提供了可视化途径.     

高灌水均匀度防堵塞内镶贴片式地下灌水器设计研制及试验研究

从制约地下滴灌技术发展的地下灌水器(滴头)灌水均匀度差、滴头容易堵塞等问题出发,立足于地下滴灌急需解决的理论和技术问题,以减小滴头堵塞率为目标,以满足灌水均匀度为前提,以确定滴头设计工作压力为突破口,以滴头优化设计为手段,从地下灌水器灌水均匀度设计指标、滴头设计工作压力取值和结构优化设计3个方面进行了深入细致的研究试验,最终达到完善地下滴灌灌水器设计理论、实现结构设计优化、提高地下滴灌适用性的目标.     

压力补偿式灌水器补偿腔结构参数对颗粒运动的影响

为解决颗粒在迷宫流道压力补偿式灌水器内大量沉积或堵塞以致影响灌水器正常工作的问题,采用FSI模拟固定垫片变形后,基于CFD-DEM耦合模拟,经试验对比验证其可靠性后,设计单因素及Box-Behnken响应面试验,分析了压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数及其交互作用对灌水器抗堵塞性能的影响,通过建立回归模型预测灌水器颗粒停留率,综合判断灌水器的抗堵塞性能。结果表明：副流道截面积由0.018 mm²提升至0.054 mm²时,颗粒停留率降低5.09个百分点;压力补偿腔出口直径由1.4 mm下降至0.8 mm时,颗粒停留率降低2.87个百分点;且颗粒沉积受副流道截面积和压力补偿腔出口直径、副流道截面积和压力补偿腔直径两种交互作用影响显著,交互影响下颗粒停留率最低为7.67%。拟合出颗粒停留率与压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数的回归方程,可用于评判和预测灌水器抗堵塞性能,且推荐了一组副流道面积为0.051 mm²、压力补偿腔出口直径为0.894 mm、...     

2种滴灌带灌水均匀度对铺设长度和进水压力的响应

【目的】探究滴灌带进水压力和铺设长度对灌水均匀度的影响。【方法】以内嵌式滴灌带和薄壁式滴灌带为研究对象,比较了4种滴灌带铺设长度和4种进水压力交互作用下的灌水均匀度。【结果】内嵌式滴灌带的灌水均匀度较薄壁式滴灌带表现更好,且更适合于较长距离铺设使用。建立了2种滴灌带灌水均匀度与滴灌带铺设长度和进水压力的数学回归模型,并利用回归方程寻优发现内嵌式滴灌带滴灌均匀度达到0.95以上的优化铺设长度和进水压力的组合为:铺设长度60.02~109.94 m,进水压力0.09~0.2 MPa;薄壁式滴灌带的优化铺设长度和进水压力的组合为:铺设长度60.05~92.67 m,进水压力0.05~0.2 MPa。【结论】在设计田间滴灌系统时2种滴灌带的铺设长度和进水压力应在上述范围内选取,以保证灌水均匀度满足要求。     

滴头堵塞诱发过程及其可控方法的

滴头作为滴灌系统的关键部件，其性能的优劣直接反映了整个滴灌系统寿命、节水性及灌水的均匀性。流道的堵塞问题一直是抑止滴灌技术发展的主要瓶颈，而随着再生水滴灌、微咸水滴灌、雨水滴灌等技术的迅速发展，对滴灌系统抗堵塞能力也提出了更高的要求，堵塞问题成为了滴灌技术研究的热点。分析了滴头堵塞诱发的研究现状，就流道内的堵塞诱发因素、诱发过程、生物膜的存在对于堵塞的影响、流道内生物膜生物、物理特征以及控制方法等几个问题进行了探讨，并结合现代分子生物学技术及测量技术提出了有关流道内生物膜微生态多样性、生长特征等问题研究的发展方向。     

滴头堵塞诱发过程及其可控方法的研究进展

滴头作为滴灌系统的关键部件,其性能的优劣直接反映了整个滴灌系统寿命、节水性及灌水的均匀性.流道的堵塞问题一直是抑止滴灌技术发展的主要瓶颈,而随着再生水滴灌、微咸水滴灌、雨水滴灌等技术的迅速发展,对滴灌系统抗堵塞能力也提出了更高的要求,堵塞问题成为了滴灌技术研究的热点.分析了滴头堵塞诱发的研究现状,就流道内的堵塞诱发因素、诱发过程、生物膜的存在对于堵塞的影响、流道内生物膜生物、物理特征以及控制方法等几个问题进行了探讨,并结合现代分子生物学技术及测量技术提出了有关流道内生物膜微生态多样性、生长特征等问题研究的发展方向.     

内镶补偿贴片式滴头水力性能的初步研究

随着滴灌技术的发展，代表先进水平的内镶补偿贴片式滴头技术正在国内成为研发的热点。绿源公司基于现有的生产线，成功研制开发出此种滴头。着重介绍了滴头结构，并通过实验分析了影响滴头水力性能的主要因素。     

补偿式滴头的研制

补偿式滴头是微灌设备中最理想的灌水器,它除能保持滴水量衡定、提高灌水质量外。还具有减缓堵塞、自身清洗之功能,而且能降低工程造价。国产补偿式滴头研制成功,填补了国内空白,也为进一步开展补偿式灌水器研究积累了经验。     

膜片对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响

膜片的可变性是压力补偿灌水器实现高压条件下稳定出流的主要因素,膜片的特征参数及与灌水器壳体的相互配合直接影响灌水器的整体性能.以PLASTRO 公司生产的Supertif-03120-0003型管上式压力补偿灌水器为原型件,借助(3DP)快速成型技术制作管上式灌水器试验件,选取硅橡胶材质的弹性膜片,对膜片的厚度、硬度进行单因素分析和正交试验,研究弹性膜片不同特征参数对灌水器水力性能的影响.经过多重比较分析得出,灌水器水力性能与弹性膜片特征参数之间的定性关系,为压力补偿灌水器的优质膜片材料的研发提供依据.本试验结果表明:低流态指数最优组合为A₃B₄,即弹性膜片的厚度为2.0 mm,邵氏硬度为60.     

压力补偿灌水器的研究新进展与使用中应注意的几个问题

灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一,其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前,世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面,一是发展大流道灌水器,增强灌水器的抗堵塞性能;二是开发各种压力补偿式灌水器,提高系统的灌水均匀性。压力补偿灌水器技术含量高,开发难度大,已成为各国滴灌设备生产厂商技术高低的主要标志之一。压力补偿灌水器的发明已成为世界滴灌设备厂商的强手货,无能力开发压力补偿灌水器的厂商也在购买发明使用权或直接购买压力补偿灌水器成品用以生产自己的滴灌产品。我国滴灌压力补偿灌水器的研…     

基于流固耦合方法的压力补偿滴头水力特性研究

采用流固耦合方法对压力补偿滴头水力特性进行了数值模拟,得到了该滴头的压力流量关系、内流场分布及膜片变形量。通过与试验实测结果的对比分析表明,数值模拟与实测的滴头压力流量关系较接近,为研究压力补偿滴头内流场分布与水力特性之间的关系提供了一种新途径。     

高含沙水滴灌灌水器堵塞机制及防堵技术研究进展

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研,回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展,并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时,滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质,促进较大泥沙颗粒排出流道;灌溉水温越高,滴头抗物理堵塞性能越强;对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律,增强水流拖拽力,减小管道内泥沙淤积量。此外,施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素,确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段,选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值,优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施;采用统一的灌水试验方法,充分利用现代测试手段,结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。     

3种滴灌带流道滴头抗堵塞性能对比试验

对3种不同灌水器流道抗堵塞性能进行了测试,试验结果表明,新流道结构内镶贴片式滴灌带的抗堵塞性能比边缝式滴灌带提高了30%以上,比常规内镶贴片式滴灌带提高1倍以上。新流道结构的贴片式滴灌带既解决了边缝式滴灌带灌水均匀性差,又弥补了常规内镶贴片式滴灌带容易堵塞的缺点,推广应用前景广阔。