迷宫灌水器中泥沙淤积特性研究

【目的】研究泥沙颗粒引起的灌水器堵塞问题,为高抗堵性灌水器的研制提供参考依据。【方法】在灌水器90°和45°2种放置方式下,测试并分析了不同含沙量(0.5,1.0,1.5和2.0 kg/m3)、不同灌水器进口压力(0.09,0.06和0.03 MPa)下,浑水中的泥沙在迷宫灌水器中的淤积现象、淤积部位、淤积过程、淤积量及浑水流量的变化。【结果】①试验中泥沙在灌水器中间段与进、出口段发生淤积的概率分别约为18%和37%~45%。②两种灌水器放置方式对泥沙在其中淤积的部位与过程没有明显影响。③迷宫灌水器中泥沙的淤积与普通管道中泥沙的沉积现象有很大差异,其特殊的边界可能使其中水流在较小流速时仍具有一定的紊动能,从而不出现泥沙在流道纵断面方向的沿程沉积现象。【结论】①泥沙在迷宫灌水器中的淤积表现为起始淤积单元的随机性与淤积部位的规律性。②泥沙在迷宫流道中的淤积是一个既突然又逐步发展的过程,且总是充满流道的整个横断面。③泥沙淤积发生以后,通过灌水器的浑水流量会很快大幅度下降,并且随着淤积向上游的持续发展,流量逐渐减小。④浑水含沙量的提高会加快泥沙在灌水器中的淤积过程。     

迷宫流道结构参数对水力性能影响的模拟研究

利用CFD数值模拟方法代替传统水力性能试验对不同结构参数尺寸的齿形迷宫滴头流道内流场进行模拟计算,充分发挥其快速、低成本的优势,选取流量系数、流态指数和水头损失系数3个指标来分析齿形迷宫滴头流道结构参数对滴头工作性能影响的规律.结果表明,齿角度α对流量系数的影响最大,其次是偏差量J,齿高h对其影响最小;齿角度α对流态指数的影响最大,其次是偏差量J,齿高h对其影响最小.     

灌水器水力性能参数的计算方法

在充分考虑灌水器流道边界条件以及各种微尺度因素影响的前提下,具体描述了灌水器的灌水均匀度、流道长度、流量、压力等主要水力学性能参数。应用流体力学的一般原理分析了灌水器微小流道中流体流态特征,并且利用N-S方程和灌水器的水头损失描述灌水器微内流场,并建立了微小流道中流体K-E紊流模型。对国内外现有的滴灌灌水器流道设计理论进行综述,为新的高性能、低成本灌水器的自主开发打下基础。     

滴灌灌水器迷宫流道的内部流体数值模拟与流动分析

【目的】研究滴灌灌水器的结构参数对其水力性能的影响。【方法】提取齿形迷宫流道灌水器齿宽、齿底距、齿高为结构控制参数,在CAD几何建模的基础上,应用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的流体分析软件FLUENT,对灌水器迷宫流道内流体的流动进行数值模拟,得到流量压力关系以及流场可视化图,由此分析了各参数对灌水器性能的影响,以及流道内水流的速度矢量分布规律。【结果】当齿高保持恒定时,齿宽和齿底距均与流量、流态指数呈正相关关系,且齿宽对流量、流态指数的影响较齿底距更显著;而齿宽和齿底距保持不变时,齿高与流量、流态指数呈负相关关系。【结论】齿宽相对越小,灌水器消能效果与抗堵塞性能越好。因此,可以通过适当减小齿宽和齿底距、增大齿高等措施改善灌水器的水力性能。     

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析

采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。     

灌水器的选用

灌水器是滴灌系统的关键部件．所选的灌水器是否适用。不仅影响到工程投资．更主要是影响到灌水质量。在选用灌水器时．应对以下因素进行综合考虑。     

深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

滴灌灌水器流道内流体流动的数值模拟

利用Fluent软件对滴灌灌水器流道内流体流动进行了数值模拟,得到了流道流速分布图,对滴头流道结构进行了优化设计,采用了圆弧形流道结构.通过优化前、后的速度分布图可知:优化后的滴头流道涡旋区和速度滞止区基本消除,虽然在拐弯处的小部分区域内流体流动速度仍然有所偏高,但是从流道整体来看,优化后的流道内主流速度分布较均匀,且...     

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动的CFD模拟精度研究

针对CFD方法模拟时参数选择对圆柱型灌水器迷宫式流道内部流动的模拟精度有较大影响的问题,采用正交试验的方法,对网格单元尺寸(0.20、0.15、0.10、0.07mm)、湍流模型(Reynolds应力方程模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型)、近壁面处理函数(Standard壁面函数、Non-Equilibrium壁面函数、Enhanced壁面函数、Scalable壁面函数)进行3因素4水平正交试验,对比各试验条件下CFD模拟值与实测值的偏差量,选择精度较高的模拟方法,并在此模拟基础上对迷宫流道进行了优化。结果表明:网格大小为0.07mm,湍流模型为Reynolds应力方程模型,近壁面采用Scalable壁面函数时模拟精度最高。     

进口结构对迷宫流道滴头性能影响的模拟研究

【目的】分析进口栅格结构对滴头性能的影响,为迷宫流道滴头的设计提供参考。【方法】应用计算流体力学CFD方法,对不同进口结构的滴头流道流场进行数值模拟,分析进口数目、进口宽度、进口高度和缓水区深度对滴头性能的影响。【结果】进口流量在不同进口栅格之间分配,距离迷宫流道越远的进口栅格流量越小,流量主要集中在靠近迷宫流道的几个进口栅格;在总进口栅格断面面积大于迷宫流道最小断面面积的情况下,不同进口栅格结构几乎对滴头流量没有影响,而对各进口栅格之间的流量分配影响较大;随着进口高度和缓水区深度的增加,不同进口之间流量和流速的分布更加均匀,低速区面积减小,可降低进口处泥沙沉积,提高滴头的抗堵塞性能;单纯增加进口数目并不能从根本上改善进口处的堵塞状况,片式滴头进口数目以3~5个为宜。【结论】进口栅格结构对滴头性能影响很大,应深入研究以优化滴头性能。     

小流量灌水器大田试验研究

主要论述了小流量灌水器在大田中的应用情况，分析了其可行性，以及推广前景。     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选,结果表明,内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌,在低压运行时,孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3/5,基本可以满足地下滴灌的要求;在较高供水压力时,所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌.通过对湿润锋的观测,发现出流量较大的滴头,其湿润锋向上运移速度较快.因此,为防止地下滴灌产生深层渗漏,应选取出流量较大的滴头.     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选，结果表明，内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌，在低压运行时，孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3／5，基本可以满足地下滴灌的要求；在较高供水压力时，所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌。通过对湿润锋的观测，发现出流量较大的滴头，其湿润锋向上运移速度较快。因此，为防止地下滴灌产生深层渗漏，应选取出流量较大的滴头。     

黄淮地区冬小麦最佳灌水日期模拟研究

基于参数调试和适用性验证后的DSSAT-CERES Wheat作物模型,结合各地农业灌溉习惯,以黄淮地区4个典型灌溉麦区为代表站点,模拟分析了1981—2010年冬小麦在越冬、返青、拔节及抽穗普遍期前后不同日期各灌水1次,产量、产量结构及产量稳定性的差异。结果表明:越冬后10 d内灌溉比越冬普遍日期当日灌溉可提高4.1%~7.0%穗密度;返青普遍日期后15 d内灌溉比返青前灌溉利于提高穗密度和穗粒数,但产量的波动性增大;与拔节普遍期当日灌溉相比,拔节期晚灌导致穗密度和穗粒数大幅降低,提前5~10 d灌溉可获得高产和稳产;在前期无水分补给的情况下,抽穗普遍期前后灌溉对稳产的影响不大,但提前灌溉的最大产量可较抽穗后灌溉平均相差31.1%,抽穗后15~20 d灌溉对粒质量的促进作用减弱。     

灌水器的选用与维护

灌水器是滴灌系统的关键部件，所选的灌水器是否适用，不仅影响到工程投资，更主要是影响到灌水质量。在选用灌水器时，应对以下因素进行综合考虑。     

不同类型灌水器滴头对沼液抗堵塞性能的影响

为了研究不同类型灌水器滴头对不同水肥配比沼液的抗堵塞性能,获得适用于沼液滴灌施肥的滴头,选取2种片式滴头、2种圆柱滴头和1种片式补偿滴头共5种滴头,设计了2种沼液配比进行周期性间歇灌水试验,比较了不同滴头的抗堵塞能力。结果表明,沼液水肥配比越大,滴头越容易发生堵塞;滴头流量相同时,片式滴头抗堵塞性优于圆柱滴头和片式补偿滴头;滴头类型相同时,额定流量越大,抗堵塞性越好;堵塞进程较为均匀,堵塞发生从毛管尾端开始;堵塞类型以物理和生物结合的复合性堵塞为主。根据试验结果,建议沼液施肥时,最优灌溉模式为：水肥配比选择1∶3,灌水压力选择80 kPa,滴头选择3 L·h^-1的片式滴头;单级120目过滤器过滤效果有限,可以考虑增加多级过滤。     

管道泄漏水力瞬变模拟研究

当管道某处突然发生泄漏时，泄漏处将出现瞬态压力突降，形成一个负压波，并以一定的速度向管道上、下游两端传播。根据泄漏产生负压波的原理，利用VB语言编写了泄漏水力特性分析程序。以设定的管道为例，分析了因泄漏引起的水力瞬变特性，分析结果可以为准确定位泄漏点提供帮助。     

搅种型孔式水稻穴播排种器的性能模拟与试验

针对水稻种子表面粗糙导致的充种区种子流动性差、充种困难问题,设计了一种具有辅助充种搅种的双腔水稻精量穴播排种器.该排种器利用凸于排种盘外的搅种型孔对充种区种子进行扰动,增加种子在充种区的流动性;在搅种型孔首段设置搅种侧板,引导种子流向并辅助充种.EDEM仿真结果表明,该搅种型孔能增加充种区种子流动性,实现辅助充种作用....     

微灌灌水器设计工作水头优选的研究

微灌系统灌水器的工作水头与灌水均匀度的关系并非是“灌水器的工作水头越高,则微灌系统的灌水均匀度越高”,而是与所选灌水器的流态指数及管道的流量指数有关。本文根据灌水器工作水头与灌水均匀度的关系,以支管单元单位面积年费用最小为目标函数,以田间管网允许水头偏差及其在支、毛管上的最优分配比为约束,建立了经济上最优的灌水器设计工作水头模型,并以此为依据确定出经济合理的支、毛管管径。     

微灌灌水器设计工作水头优选的研究

微灌系统灌水器的工作水头与灌水的水均匀度的关系并非是“灌水器的工作水头越高，则微灌系统的灌水均匀度越高”而是与所选灌水器的流态指数及管道的流量指数有关。本文根据灌水器工作水头与灌水均匀度的关系，以支管产面积所费用最小为目标函数，以田间管网允许水头偏差及其在支，毛管上的最优分配比为约束，建立了经济上最优的灌水器设计工作水头模型，并以此为依据确定出经济合理的支，毛管管径。