水肥一体化设备设计及试验

针对目前基于文丘里吸肥管水肥机吸肥量不稳定、水肥混合均匀性不高等问题,设计了一种文丘里管加注肥泵的水肥一体化设备,并采用CFD数值模拟方法对SolideWorks绘制的水肥机三维模型进水口压力,速度及进肥口压力速度对水肥混合均匀性能的影响进行仿真分析并进行实验验证,为后续水肥机进水口压力速度及注肥口压力速度的选取提供数据支撑。试验结果表明:水肥机进水口速度0.8m/s、注肥口速度0.6m/s、压力为0.15MPa时,出口处离子浓度波动最小,水肥混合最均匀;在不同进水速度、注肥速度下水肥混合均匀度均系数均大于0.85,符合生产要求。     

溶解混施水肥一体化装置设计与试验

设计了一种溶解混施水肥一体化装置,装置由供水模块,控制模块,溶解模块和辅助装备组成,旨在实现固体肥料的边溶解边施肥。试验研究了装置的关键结构及投肥方式对施肥的均匀性的影响,结果表明:本装置同步实现下料、溶解、施肥等作业,在实验室条件下,装置40 min内能完成90%以上的施肥量;1 kg直接加入蓄肥桶,1.5 kg加入控制模块的投肥方式下的装置出口水肥浓度的均匀系数为41.5%,相对于其他两种投肥方式,均匀系数分别提高了10.6%和11.8%。因此该装置能实现定量施肥,且通过改变投肥方式,装置可以达到较好的均匀施肥的效果。     

轻简水肥一体机的设计及其在日光温室黄瓜种植中的应用效果试验

为解决农户传统水肥一体化灌溉方式中存在的施用营养液浓度均匀性差、劳动强度大、过量施肥等问题,研究设计了一种与膜下微喷灌高灌溉流量特性相匹配的大吸肥量、低成本的轻简水肥一体机.通过自主设计的性能测试平台对其吸肥性能进行了测试,从而确定了吸肥泵的安装位置.为验证该水肥一体机应用效果,首先检测了应用水肥一体机和传统方式下灌溉营养液浓度均匀性,然后按照追肥总量比传统方式减少30％的方案进行了日光温室黄瓜栽培对比试验.结果表明,在水肥一体机出口压力分别为0.09、0.11、0.13 MPa时,吸肥泵前置吸肥效果好于后置;应用轻简水肥一体机灌溉施肥与传统方式相比,灌溉营养液浓度的空间均匀性没有显著差异,但时间均匀性差异显著,传统方式下灌溉营养液浓度随时间的推移不断下降,而应用水肥一体机的则保持稳定;在减施化肥30％情况下,与传统方式相比,应用水肥一体机灌溉仍可增产6.18％,每栋温室(670 m2)毎个生长季(7个月)可节约工时14 h,减施化肥27 kg,可提高效益2.15万元/hm2.综上,该轻简水肥一体机灌溉营养液均匀、节省人工和肥料、提高生产效益,具有较好的推广应用前景.     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

基于大棚骨架的水肥药一体化系统设计与分析

研究大棚水肥药一体化灌溉施肥喷药的性能,针对各种肥液配比误差较大及水肥药混合均匀性的问题,通过液体力学的伯努利方程,详细分析配比误差形成的原因,在系统中增加对各路肥液的重量监测,建立数学模型,对配比误差进行修正。在占空比分别为25%和35%两种情况下,进行修正不开启和修正开启的误差对比试验,结果表明,系统经过修正后,配比误差从7%降低到2%,误差修正使得水肥药一体化系统的配比更加精准,验证其有效性。     

长度和水压对微喷带沿程水肥均匀性的影响

针对水肥一体化实践中微喷带沿程喷水量和肥液浓度均匀性差的现状,研究了长度、水压对3孔和5孔微喷带沿程喷水量和肥液浓度均匀性的影响。结果表明,30m和60m长度3孔和5孔微喷带的沿程水出量均匀性较好,但在长度达90m时,不同水压下2种微喷带首端与末端喷水量差异均较大,均匀性差。施肥均匀性试验表明,无论是3孔还是5孔微喷带,30m长度的沿程肥液浓度均匀性最好,60m长度在合适的水压下沿程肥液浓度也有较好的均匀性,而90m长度的肥液浓度均匀性最差。因此,拟开展喷滴灌或水肥一体的微喷带长度一般不宜超过60m。在试验水压范围内,水压与水肥均匀性之间无显著关系。此外,为了给定量灌溉提供基础数据,试验还分析了微喷带类型、长度、水压与单位时间总流量之间的关系。当水压为0.04 MPa时,单位时间内灌溉至田间的总流量各处理间差异不显著,与微喷带长度和孔数之间无明显关系。     

旁路吸肥式水肥一体化自动施肥机的设计与试验

依据现代农业节水省肥增产的灌溉要求,设计了一款三通道旁路吸肥式水肥一体化自动施肥机。其中混肥系统基于射流器并联,实现对多种单元素液肥的独立吸取;利用进水口及抽吸泵产生的压差,实现液肥吸入和水肥混合液的输出;控制系统以西门子PLC作为控制元件,以西门子EM231模拟量输入模块、以电动比例调节阀为执行部件,通过逻辑程序控制各个执行机构实现对单元素液肥的定量吸取。利用Solid Works完成整机的结构设计建模,运用FLo EFD软件对施肥机的水肥混合情况进行仿真模拟,验证该施肥机可以稳定、均匀、连续的进行水肥的吸入及输出。通过设备选型搭建试验,测得三通道最大吸肥量与仿真分析值最大误差为2%,小于3%,说明设计的三通道施肥机各通道有较高的吸肥精度。     

柴油机DPF混合器的设计与数值模拟

设计了3款紧凑型混合器,混合器A和混合器B为带螺旋式叶片的混合器,混合器C为Y型板式混合器。采用CFD软件对柴油的喷射、蒸发、破碎过程进行了数值模拟,对比研究了带混合器和不带混合器的燃油分布均匀性以及3种混合器的压力损失。结果表明:混合器B对油气的混合效果最好,混合器C的效果略差于B,但混合器B的压力损失太大,对发动机动力性有较大影响,综合考虑混合器C为最佳方案。     

滴灌水肥耦合技术在西北干旱区作物栽培中的应用

水分和养分是影响作物生长发育的关键因素,明确作物需水需肥规律及其交互作用有助于农作物优质高产栽培。我国西北干旱区水资源极端匮乏,滴灌水肥耦合技术可以准确而均匀地将水肥施用于作物根部。对滴灌水肥耦合技术的优点及其对西北干旱区作物的影响研究进行了综述。滴灌水肥耦合技术通过扩大水分和养分在作物根区的运移范围,有利于作物对水分和养分的汲取和利用,实现节水省肥增产调质的目标。滴灌水肥耦合技术的优点为提高农作物水肥利用效率、促进农作物优质高产栽培、减少田间劳动力和有利于健康绿色可持续农业的发展。      

实时混药式变量喷雾药液均匀性试验

实时混药式变量喷雾是依据作物对药液浓度的需求进行喷雾,对节约农药、减小污染有积极效果,而混合液的均匀性对喷药效果有重要的影响。依托3WY-A3型喷雾机完成了四喷雾头和单喷头的实时混药实验;为提高混药均匀性设计了药液混合器,并为之进行了混药对比实验。实验表明,无混合器时浓度均匀性稍低,最大平均相对偏差为±9%;使用混合器时药液的均匀性得到明显提高,最大平均相对误差为±3%,并达到均匀混液的要求。     

茶园水肥一体化灌溉施肥装置研究与设计

为提高茶园施肥精度,本文以茶树水肥需求量为基础设计了一种水肥一体化灌溉施肥装置。它由灌溉施肥系统和控制系统组成,通过确定最佳的肥液混合比例,调节吸肥腔与进水腔的体积比,实现水和肥的精确配比。试验运行表明,该装置施肥精度满足设计要求。     

马铃薯水肥一体化脉冲控制浓度自调整系统设计 —基于PLC控制

结合当前我国马铃薯水肥一体化灌溉的发展趋势及发展需求,设计了一款基于西门子PLC精确控制的水肥一体化系统,相比于单片机控制,系统在运行稳定性、混肥均匀性、系统响应时间、水肥利用率均得到了显著的提升.系统由水源工程、首部控制系统、输水网管组成.控制枢纽系统以西门子PLC为核心,配合远传压力表和电导率、酸碱度传感器可以实时...     

水肥一体化自动精准灌溉施肥设施技术的研究和实现

水肥一体化精准灌溉施肥技术是将施肥与灌溉结合在一起的一项精准农业新技术,它借助灌溉系统,将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起均匀、准确输入到作物根部土壤,有效控制灌溉水量和施肥量,提高水肥利用效率。本文论述了水肥一体化精准灌溉施肥基本构成以及应用成效,自动精准滴灌施肥机的工作原理、技术性能。对施肥装置、混合装置、过滤装置、EC/PH检测监控反馈装置、精准灌溉施肥模糊控制技术进行探索研究,提出了实现水肥一体化自动精准灌溉施肥主要技术途径。     

基于PIPENET的在线式水肥一体化施肥机管路优化设计

现有的精准水肥一体化施肥机混肥原理基本相同,但针对不同应用场景,管路布置方式、吸肥原件、水泵选型各有区别,为此在研究设计在线式水肥一体化施肥机的同时,通过PIPENET软件对设计管路进行仿真,提出优化设计,选择合适水泵,以供给文丘里管合适的流量和压力,提升设备吸肥效率和稳定性。通过试验验证仿真结果,在研究条件下仿真结果与验证试验结果各点压力差异小于5.5%,通过对比证明,PIPENET软件可以用于施肥机管路辅助设计,尤其在进行水泵选型时可以快速确定水泵参数,根据流速修正管路管径,加速设计过程,提高设备可靠性。     

基于PLC的精准变量水肥一体化设备研制

针对国内农业生产中存在的水肥利用率低、配肥均匀性差等问题,研制了一套精准变量水肥一体化设备,该设备以作物在各生长阶段所需的氮、磷、钾和中微量元素为变量,采用变量配肥方式;可编程控制器采集土壤墒情、流量等信息,控制比例电磁阀的开度;人机界面作为操作界面,实时显示土壤墒情信息和液态肥流量,设置配肥比和灌溉时间。经试验田试验验证,该设备具有配肥精准、操作简单和稳定性高等优点      

反转啮合齿轮式排肥器的设计与仿真分析

针对排肥器排肥流量均匀性不高的问题,设计了一种反转啮合齿轮式排肥器,利用反向啮合齿轮连续交替排出肥料,提高排肥流量均匀性。对排肥器排肥量和流量均匀性进行理论分析,确定对排肥量和流量均匀性产生影响的因素,利用EDEM建立排肥器离散元仿真模型,进行仿真验证试验。结果表明:反转啮合齿轮式排肥器较外槽轮式排肥器排肥流量均匀性有较大提高,且反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性随转速的增加而增加。     

波瓣混合器内、外张角对燃烧室燃烧影响研究

采用数值模拟的方法,对ATR发动机燃烧室波瓣混合器不同内外张角结构的燃烧流场及性能进行研究,得到外张角增大5°和内张角减小5°会增加流向涡的尺度和涡量的大小的结论。增加波瓣混合器外张角会增强内、外涵气流掺混,提高波瓣混合器的热混合效率;减小波瓣混合器外张角可以有效降低外机匣的热负荷,同时减小波瓣混合器内张角可以降低中心锥热负荷;增加波瓣混合器内外张角可以提高空气涡轮火箭发动机的燃烧效率。     

基于柱塞泵与单片机的可控施肥机设计与喷灌试验

为了实现水肥一体化施肥装备流量精确且无水头损失,设计了一种基于柱塞泵与单片机的高精度可控施肥机,开展了恒流模式下6个流量梯度的喷灌系统施肥均匀性试验;以喷头总流量变化幅度为变量,设计了在1∶10的水肥配比下2种灌溉总流量变化幅度的不同工况,对比启、闭可控施肥机恒定水肥比例模式对水肥一体化支管内肥料浓度稳定性的影响效果.试验结果表明,高精度可控施肥机在流量分别为100,200,400,600,800,1 000 L/h的6种恒流模式时,喷灌均匀系数C_U为99.33%~99.71%、变异系数C_V为0.35%~0.75%;C_U,C_V与施肥机流量分别呈正相关与负相关关系,且喷头喷洒肥液的电导率总平均值E_C_-与施肥机流量之间具有显著的正相关性.在恒定水肥比例模式时,试验组管道内肥液浓度在160 s时趋于稳定,且稳定后肥液电导率与目标值偏差率小于4%.高精度可控施肥机恒流模式试验表明施肥机大流量下施肥均匀性变异系数仅为小流量下的50%,且改变施肥机的流量是水肥一体化喷灌系统实现高均匀度变量施肥的一种有效途径;试验证明恒水肥配比模式可有效减小支管肥料浓度受外界的影响.     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥器结构优化与性能试验

为了优化水肥一体化灌溉施肥机并提高其吸肥性能,在分析文丘里吸肥器工作原理基础上,依据经济流速流量对照表,综合考虑施肥装置及管路系统的沿程损失与局部损失,以吸肥流量为评价指标,应用CFD数值计算对影响系统吸肥性能的关键核心部件文丘里吸肥器的渐缩角α、渐扩角β、喉部直径d0进行单因素性能优化设计,获得了3个主要结构参数对其吸肥性能的影响规律;通过三因素三水平的正交试验方案,得出基于CFD数值计算的文丘里吸肥器最优结构参数组合,渐缩角α为20°、渐扩角β为8°、喉部直径d0为6 mm,且当吸肥管与文丘里主管道呈40°倾角时吸肥性能最优。模拟数据与水肥一体化灌溉施肥机运行数据表明,CFD数值优化后的文丘里吸肥器吸肥流量提高约38.6%,与模糊自动控制系统相配合的水肥一体化灌溉施肥机的吸肥流量总体提高约47.6%,节能效果显著。     

基于混合蚁群算法和变论域模糊控制的混肥系统设计

为使水肥溶液更好满足果树养分需求,设计一个果园水肥一体化混肥系统。系统采用液位传感器、pH值传感器和EC值传感器检测水肥溶液参数,采用逻辑控制调节水、肥量和溶液EC值,通过基于混合蚁群算法的变论域模糊控制调节水肥溶液pH值。系统仿真及运行试验表明,该算法能够实时调节伸缩因子,将水肥溶液的pH值保持在7.0,实现水肥溶液pH值的精准调节,满足果树生长需要。