微灌系统有限元法水力解析和设计(七)

4．2.1单向毛管构成的支管单元的设计步骤在坡度均匀的规则坡地上,当要求的平均灌水器流量、要求的灌水均匀度及毛管和支管的长度给定,设计毛管和支管的内径及支管单元操作压力水头的设计步骤为：①选择一组从小到大的毛管内径值LD1,LD2,LD3,…LDn和一组从小到大的支管内径SD1,SD2,SD3,…SDn,这时就会有表4－1中设计情况1的n×n个组合;②用第三章中的方法确定当毛管内径分别等于W,＊。,rp,…ton时的毛管流量公式（计算模拟毛管流量公式用的数据样本要用第三章中所论述的利用有限元法的方法来确定,在选择毛管入口的压力…     

微灌系统有限元法水力解析和设计（六）

如果假设tol,IDZ,W,…,ton是一组选定的毛管内径。SDI,SDZ,SD3,…,SDn是一组选定的支管内径、LLI,LLZ,An3,,Ann是一组选定的毛管长度、SLI,SLZ,SL3,…,SLfl是一组选定的支管长度,对于每种设计情况将有表4－l所列出的nxn种组合,如果对于每个设计情况中的每种组合,用在第三章中介绍的支管单元的设计方法和计算机程序,计算出灌水均匀度、最佳支管位置（双向毛管）及支管单元的操作压力水头,就可以用计算机绘制出设计参数与灌水均匀度、最佳支管位置（双向毛管）及支管单元的操作压力水头的等值线图,在设计…     

微灌系统有限元法水力解析和设计（一）

内容介绍一个微灌系统是由灌水器、毛管、支管、主管、化肥和农药注射器、过滤器和泵站组成的。从水力学的角度讲,设计微灌系统的关键是设计毛管和支管单元。在实际应用中,要求的平均灌水器流量是根据土壤物理性质和作物根系分布的范围来决定的,要求的灌水均匀度是用户给定的条件,所以毛管和支管单元必须要设计得满足这两个条件。在过去的25年中,有关学者们研究出了许多微灌毛管和支管单元的水力学解析和设计方法,这些方法在世界范围内大大地推动了微灌的发展和应用。然而,就象在第一章中讨论的,这些方法也存在着许多不足。随着微型…     

基于遗传算法的微灌坡地双向毛管管径优化

微灌管网毛管的设计,直接影响到工程费用和灌水质量。提出了一种基于遗传算法的坡地双向毛管管径的优化方法,能获得毛管最优管径和灌水器平均流量、灌水均匀度等灌水质量控制指标,同时能确定毛管最佳分流点位置和毛管进口压力等运行控制参数。实例结果表明,模型与算法的求解时间为9s,计算精度达到0.001%,具有很好的通用性和实用性。     

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。     

波动水压滴灌系统设计与实验分析

针对恒压条件下灌溉系统容易堵塞和在堵塞条件下灌水器均匀度低的弊端,基于可编程控制器PLC和变频器控制技术,提出了一种波动水压灌溉系统。采用正交实验设计方法,取基准水压、波动周期和波幅3个波动参数为因素,设计灌水器在波动水压条件下的水力性能实验。实验结果表明,在正弦波动模式下,基准水压和波幅对灌水器平均流量和抗堵塞性能影响较大,合理的基准水压和波幅组合可以提高灌水器在堵塞条件下的平均流量和抗堵塞性能;而振动周期对灌水器均匀度的影响最为显著;通过对实验数据的线性回归,建立了基于波动参数的平均流量计算表达式,为波动水压滴灌实际应用提供了设计依据。     

微灌设计中管道流量的实用计算方法

常见的微灌工程设计的管道流量计算是依据GB/T 50485-2009《微灌工程技术规范》,采用最不利水力条件下的管道运行场景,要求灌水器所有流量变差不超过10%的计算精度下,可以认为毛管或支管其上所有灌水器出水流量是一样的,其上所有灌水器流量的总和就是要计算的毛管或支管的总流量。与此不同,推荐一种不去计算毛管或支管灌水器总数和总流量,而是基于微灌工程设计规范公式(3.2.3-1)的变形,灌溉区域控制面积或灌水器控制面积的概念,提出根据控制面积计算控制区域总流量或灌水器流量总和的方法,从而引出一种实用的、并且满足工程计算精度要求的,管道设计水力分析的流量计算方法。     

微灌毛管环状和树状布置对灌水均匀性的影响

为了提高微灌灌水质量,通过试验分别研究了毛管进口压力、长度、管径和滴头流量对毛管环状管网和树状管网灌水均匀度及其流量偏差率的影响。结果表明:两种管网结构下灌水均匀度均随毛管进口压力和毛管管径的增大而增大,随毛管长度和滴头流量的增大而减小,且相同条件下环状管网的灌水均匀度比树状管网高1%～2%;本试验条件下环状管网流量偏差率基本保持在20%以内,而树状管网流量偏差率则大于20%;环状管网灌水均匀度、流量偏差率随各因素变化的幅度小于树状管网。通过方差分析可得,毛管管径对两种管网灌水均匀度、流量偏差率影响均显著,滴头流量仅对树状管网灌水均匀度影响显著。所以,在微灌工程设计中可考虑采用毛管管网环状布置形式。     

小管出流灌溉技术的研究（Ⅱ）：系统的设计方法问题

小管出流灌溉系统的设计方法步骤与滴灌系统大致相同。但由于小管灌水器的出流量比滴头大得多，系统设计的许多问题又具有特殊性。本文论述了设计均匀度的确定，适宜毛管直径和长度的确定，以及田间管网水力学计算等问题。     

小管出流灌溉技术的研究（Ⅱ）──系统的设计方法问题

小管出流灌溉系统的设计方法步骤与滴灌系统大致相同。但由于小管灌水器的出流量比滴头大得多，系统设计的许多问题又具有特殊性。本文论述了设计均匀度的确定，适宜毛管直径和长度的确定，以及田间管网水力学计算等问题。［关键词］     

滴头制造偏差对灌水均匀度及毛管造价的影响

为了阐明滴头制造偏差系数、灌水均匀度、毛管直径及毛管造价的内在联系,降低滴灌系统造价、提高灌水均匀度,通过理论推导结合实证计算的方法,系统分析了不同均匀度条件下滴头制造偏差系数极限值,以及滴头制造偏差系数、毛管直径、允许均匀度等三者的关系,并推导出毛管造价计算公式.结果表明：对于长度为100 m的毛管,当Keller均匀系数（EEU）为0.80时,制造偏差系数从0.05增大到0.07和0.11时,毛管造价分别增大8.7%和37.1%;当滴头制造偏差系数为0.03,EEU由0.80增大到0.85,0.90和0.95时,毛管直径分别增大20%,23.5%和56.5%,毛管造价也相应增大20%,53.8%和207.7%;当滴头制造偏差系数为0.05,EEU由0.80增大到0.85和0.90时,毛管直径则分别增大19.3%和32.8%,毛管造价也分别增大17.1%和71.4%;对于EEU为0.95时,毛管允许最小流量大于平均流量,管径计算无解.在限定值范围内,滴头制造偏差系数和Keller均匀系数的微小增大将直接导致毛管直径和造价急剧增大;滴灌系统设计应选择制造偏差系数小的滴头及合理的灌水均匀度,以达到降低工程造价的目的.     

微灌自压软管毛管单双向供水下均匀度的研究

自压软管微灌技术是一种较实用的节水节能的灌溉技术,在干旱和半干旱地区得到了迅速推广。在分析单向供水下毛管的水力性能和灌水均匀度的基础上,给出了双向供水下毛管灌水均匀度的研究方法,得出结论同等条件下毛管采用双向供水的灌水均匀度比单向供水高,在典型坡度i=-0.1%、0%、0.1%的条件下,毛管采用双向铺设灌水均匀度比较稳定,一般可铺设60 m,最长可铺设70 m。     

新型插入式灌水器水力特性研究

为了探究插入式灌水器的水力特性,为其结构优化提供理论指导,通过室内出流试验,研究了灌水器间距S、供水压力H对插入式灌水器灌水均匀度和出流量的影响。结果表明,在间距20～60 cm、压力6～16 m条件下,插入式灌水器的灌水均匀度均大于80%,灌溉效果满足滴灌工程技术规范的要求;灌水均匀度随供水压力的增大略有提高,但提高幅度较小,因此通过增大供水压力来提高灌水均匀度的做法是不经济的;随着灌水器间距的增大,支管敷设长度增加,管路水流沿程水头损失增大,灌水均匀度逐渐下降;在供水压力6～16 m范围内,插入式灌水器的出流量和供水压力关系符合q=k H~x,当灌水器间隔S=20～60 cm时,流量系数k=0.394～0.429,流态指数x=0.671～0.711,流态指数均大于0.5,灌水器属非压力补偿器。     

徽灌自压软管毛管单双向供水下均匀度的研究

自压软管微灌技术是一种较实用的节水节能的灌溉技术,在干旱和半干旱地区得到了迅速推广.在分析单向供水下毛管的水力性能和灌水均匀度的基础上,给出了双向供水下毛管灌水均匀度的研究方法,得出结论同等条件下毛管采用双向供水的灌水均匀度比单向供水高,在典型坡度i=-0.1%、0%、0.1%的条件下,毛管采用双向铺设灌水均匀度比较稳定,一般可铺设60 m,最长可铺设70 m.     

低压条件下滴灌灌水均匀度试验研究

低压滴灌毛管进口工作压力、铺设长度、地面坡度及毛管管径是影响滴灌灌水均匀度的重要参数。试验研究结果表明,低压条件下毛管进口压力的变化对灌水均匀度的影响并不明显;灌水均匀度随着毛管铺设长度的增大呈降低趋势,管径越小,降低越显著,但在一定管长范围内,毛管铺设长度对灌水均匀度的影响并不明显;逆坡情况下,灌水均匀度随着坡度的增大而减小,顺坡情况下,灌水均匀度随着坡度的增大呈先增大而后减小的趋势,在2‰的坡度时达到峰值;灌水均匀度随着管径的增大而增大,当管径增大到一定程度后,灌水均匀度随管径增大的幅度减缓。     

基于灌水小区的射流三通灌水均匀度试验研究

为探究支、毛管射流三通组合的水力特性,用支管射流三通、普通支管三通与毛管射流三通、普通毛管三通组成了4组灌水小区,对不同总进口压力水头(9.5、12、14、15.5 m水头)和不同滴灌带长度(60、70、80 m)下的射流三通组合进行水力性能研究。试验结果表明:总进口压力相同时,连接射流三通的滴灌灌水器的平均流量要小于普通三通;进口压力和滴灌带长度相同时,Ⅰ号灌水小区灌水均匀度最高,Ⅳ号灌水小区灌水均匀度最低,且Ⅰ号灌水小区灌水均匀系数比Ⅳ号提高了2.56%～3.32%,流量偏差率降低了5.06%～8.20%;滴灌带长度相同时,4种灌水小区灌水均匀系数随进口压力的增大整体呈上升趋势;进口压力相同时,灌水均匀系数随滴灌带长度的增加而减小。该研究结果为新型灌水小区的开发与应用提供理论基础。     

变量灌水器独立双流道结构设计与优化研究

新疆灌溉农业通常在作物生长期采用低流量滴灌以提高水分利用效率,而后在休耕期采用沟灌洗盐来防止次生盐碱化。这个相对复杂的农业生产过程可能会增加新疆当地劳动力和资源过度投入。为此,通过3D打印技术开发了一种具有独立双重流道的新型变量灌水器,该灌水器在两个工作水压水平（6～10 m和12～15 m）下具有灌溉和洗盐功能。通过室内试验分析了变量灌水器基本水力性能（流量系数、流态指数）,然后利用计算流体动力学（CFD）和通径分析相结合的方法,研究了变量灌水器水力性能对流道宽（w）、流道深（D）、流道长（L）、齿高（h）和齿底距（b）的响应。结果表明,随着工作水压从6 m增加至10 m,变量灌水器出流量从1.6 L/h缓慢地增加到2.1 L/h,当工作水压进一步增大至12 m时,变量灌水器出流量急剧达到4.5 L/h,增幅达114.3%,这说明通过调节工作水压,所设计的变量灌水器可原位实现灌溉功能（较小流量）和洗盐功能（较大流量）的自由切换。根据新疆当地农田实际灌溉定额和盐碱化程度,推荐了适宜的变量灌水器流道参数。例如,在轻度盐碱地中,变量灌水器适宜的w、D、h、L和b分别为0.60、0.60、0...     

滴灌毛管局部水头损失计算方法研究

为了探明安装插入式灌水器的毛管局部水头损失计算方法及其在沿程水头损失中所占的比例,从水力学基本原理出发,分析了毛管局部水头损失与其影响因素之间的关系,推导出毛管局部水头损失及占沿程水头损失比例的计算公式,并进行了讨论分析。结果表明：毛管局部水头损失随着毛管内径的增大而减小,随着灌水器插头断面面积、灌水器流量和灌水器个数...     

微灌系统流量自动调节灌水器的水力学分析

微灌系统的一个重要要求就是对农田进行均匀的灌溉，而灌水器的流量调节能力是影响灌溉均匀度的主要因素。流量自动调节灌水器的内部有一个因水压变化自动启动的流量控制结构，本文对流量自动调节灌水器进行了数学描述，并对其运行机理进行了水力学分析。     

滴头制造偏差对灌水均匀度及毛管造价的影响

为了阐明滴头制造偏差系数、灌水均匀度、毛管直径及毛管造价的内在联系,降低滴灌系统造价、提高灌水均匀度,通过理论推导结合实证计算的方法,系统分析了不同均匀度条件下滴头制造偏差系数极限值,以及滴头制造偏差系数、毛管直径、允许均匀度等三者的关系,并推导出毛管造价计算公式.结果表明:对于长度为100 m的毛管,当Keller均匀系数( EEU)为0.80时,制造偏差系数从0.05增大到0.07和0.11时,毛管造价分别增大8.7％和37.1％;当滴头制造偏差系数为0.03, EEU由0.80增大到0.85,0.90和0.95时,毛管直径分别增大20％,23.5％和56.5％,毛管造价也相应增大20％,53.8％和207.7％;当滴头制造偏差系数为0.05, EEU由0.80增大到0.85和0.90时,毛管直径则分别增大19.3％和32.8％,毛管造价也分别增大17.1％和71.4％;对于 EEU为0.95时,毛管允许最小流量大于平均流量,管径计算无解.在限定值范围内,滴头制造偏差系数和Keller均匀系数的微小增大将直接导致毛管直径和造价急剧增大;滴灌系统设计应选择制造偏差系数小的滴头及合理的灌水均匀度,以达到降低工程造价的目的.