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。     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。     

滴灌灌水器流道设计理论研究若干问题的综述

灌水器是滴灌系统最关键的部件之一,其结构与水力性能的优劣对滴灌系统的灌水均匀性、抗堵塞能力以及寿命影响很大。在简要论述国内外滴灌灌水器流道发展现状的基础上,从灌水器流量压力关系、流道内流体流动机理、流道堵塞与防治三个方面详细阐述了灌水器流道设计理论的研究进展,最后提出了滴灌灌水器流道的发展趋势以及国内在灌水器流道设计理论研究中急需解决的问题。     

地下滴灌不同毛管抗负压堵塞性能试验研究

通过室内土箱试验,研究单翼迷宫式滴灌带、内镶片式滴灌带及内镶圆柱状滴灌管分别在黏壤土、壤土及砂壤土内的抗负压堵塞性能。研究方法为将地下滴灌系统反复启闭,通过滴头流量变化反映其负压堵塞程度。结果表明:单翼迷宫式滴灌带抗负压堵塞性能较差,在壤土内流量降低34%,发生了堵塞;在砂壤土中流量下降12%,继续试验,发生堵塞的可能较大;内镶片式滴灌带抗负压堵塞性能较好,在3种土壤内都没有出现明显的堵塞现象;内镶柱状滴灌管在黏壤及壤土内流量下降均为12%,若继续试验,有发生堵塞的趋势。该类滴灌管与其余两种滴灌带相比,除滴头流道不同外,其流量最大,说明增大流量并不能明显降低负压堵塞。     

微咸水滴灌条件下氮磷肥协同施入对灌水器堵塞的影响

微咸水滴灌条件下水肥一体化过程可能加剧灌水器堵塞的发生。【目的】评估氮磷肥协同施入对微咸水滴灌系统灌水器堵塞的影响。【方法】以灌水器类型、灌溉水电导率和氮磷肥协同施入模式为研究对象,灌水器类型选取内镶贴片式灌水器(E1)和单翼迷宫式灌水器(E2);灌溉水质按照电导率设置3个水平,分别为2(S2)、4(S4)和6 dS/m(S6),另外设置地下水(G)(电导率约0.5 dS/m)作为对照(CK);氮磷协同施入模式设置磷酸一铵-尿素(MU)、磷酸一铵-硫酸铵(MA)、磷酸二铵-尿素(DU)、磷酸二铵-硫酸铵(DA)4种,测定了灌水器流量、灌水器堵塞物质干质量及堵塞物质成分。【结果】滴灌氮磷协同施入条件,系统运行96h时内镶贴片式灌水器平均相对流量均值较单翼迷宫式灌水器高19%,内镶贴片式灌水器抗堵塞性能更好;灌水器堵塞随灌溉水电导率升高明显增加,当灌溉水电导率4dS/m时,氮磷肥协同施入会导致滴灌系统的快速堵塞,磷酸盐类沉淀是主要堵塞诱因,占比超过85%;施用磷酸二铵较磷酸一铵更易造成灌水器堵塞,地下水和2 dS/m灌溉水条件施用磷酸一铵处理灌水器堵塞物质干质量均值分别较施用磷酸二铵处理低76%和41%。【结论】施用磷酸一铵可以在一定程度上减缓灌水器堵塞。     

不同类型滴头抗盐堵对比试验研究

将含盐水作为灌溉水源,以3种滴头(内镶贴片式滴灌管、内镶圆柱式滴灌管、内镶贴条式滴灌管)作为试验对象,研究了滴头的流量、出流均匀度变化过程,分析了滴头堵塞的主要原因。研究结果显示:在常规物理过滤有效保障条件下,随着灌溉时间的增加,滴头流量出现下降并发生堵塞,按流量下降程度由大到小排序依次为内镶贴片式滴灌管、内镶贴条式滴灌管、内镶圆柱式滴灌管。同时,3种滴头出流均匀度变化整体呈降低趋势,其中内镶贴片式滴灌管变化明显,内镶圆柱式滴灌管和内镶贴条式滴灌管变化平缓。水质检测结果和滴头堵塞物质成分分析显示,滴头堵塞以化学堵塞为主,主要成分为CaCO3和MgCO3。可为类似水质的滴灌工程设计及运行管理提供一定参考。     

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。     

水肥一体化对侧翼迷宫滴灌带抗堵塞性能的影响

为从普遍应用的侧翼迷宫滴灌带中优选出随水施肥中抗堵塞性能最佳的流道结构,为探明随水施肥过程中侧翼迷宫滴灌带滴头堵塞影响因素以及堵塞机理,根据大田滴灌系统清水与肥水交替运行的方式,通过长周期间歇性施加磷肥进行灌溉施肥试验,对3种流道结构的侧翼迷宫滴灌带抗堵塞性能进行了测试,并且利用CFD方法数值模拟滴头流道内流场分布,与试验结果提供参考和对比,试验结果显示:新型欧姆链式流道的抗堵塞性能明显优于普通几字形流道,其流道内最大速度明显高于另外两种滴头;对堵塞位置的观测发现几字形滴灌带后段易发生堵塞,其中1号滴灌带堵塞从后段逐渐向上游延伸,而2号滴灌带堵塞滴头则是由前段和后端向中游延伸。     

地下滴灌应用试验研究

将孔口式、发丝管式和内镶式滴灌带等三种常用的灌水器应用于地下滴灌系统,并进行田间试验,分析其流量变化规律、灌水均匀度及对堵塞的敏感性,探讨地下滴灌技术的适用性。结果表明,地下滴灌技术在实践中是可以运用的,但仍需对灌水器选择及系统布置等方面开展研究     

滴灌系统灌水器堵塞及防堵措施研究进展

滴灌系统灌水器堵塞一直是制约滴灌技术应用推广的关键问题,为探索预防、解决该问题的方法,首先,从灌溉水源、灌水器流道结构、滴灌系统运行方式等方面总结了灌水器堵塞类型,论述了该领域的研究成果;其次,通过控制水源处理、配置合适过滤设备、改进灌水器流道、选用较优系统运行方案等方式提高灌水器抗堵塞性能,提出进一步研究发展灌水器堵塞防治新技术;最后,讨论了目前研究中存在的问题及下一步研究建议,为更好地防治灌水器堵塞问题提供新思路。      

复合流道薄壁滴灌带的特性分析

国内生产的薄壁滴灌带产品多以单流道形式为主。由于其基本结构存在缺陷。其产品在质量上存在流道易堵塞、滴水不均匀和流量互补功能差等一系列问题。针对这些问题,课题组经过2年的潜心研究,设计研制出一种迷宫和直流道相组合的新型复合流道薄壁滴灌带。试验证明．复合流道薄壁滴灌带具有良好的滴水均匀度和抗堵塞效果,同时还带一定的流量互补功能。     

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m³/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m³/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m³/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m³/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.     

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。     

不同动态水压模式下迷宫流道内颗粒物运动特性研究

采用PTV技术,观测三角函数、三角、台阶、矩形波形动态水压模式下迷宫流道内颗粒物的运动情况,分析不同动态水压模式下迷宫流道内单个颗粒物运动轨迹、运动速度及流体流场,揭示动态水压抗堵塞机理。结果表明:相对于三角、台阶及矩形波形动态水压模式,三角函数波形动态水压模式下颗粒物滞留滞止区内的时间最短,颗粒物的沉积概率最小,水流对颗粒物的输移能力最大;三角函数波形动态水压模式下流道内产生的水流波动效应不断冲击流道滞止区内存在的低速漩涡,加剧了滞止区水流紊动,进入滞止区的颗粒物随水流不断运动,并对滞留甚至沉积在滞止区内的颗粒物发生强烈冲击,使得颗粒物离底悬浮,返回主流区,并迅速通过流道,增大了水流对颗粒物的输移能力,增强了流道的抗堵塞性能。     

2CGF-2型甘薯移栽机改装滴灌带后作业性能试验

为解决2CGF-2型甘薯移栽机在京郊地区作业中浇水带苗的技术问题,以农机农艺融合为切入点,将原有水箱装置改为滴灌带,并对移栽机进行了移栽试验。结果表明,改装后移栽机移栽合格率为100.0%,株距变异系数为10.3%,移栽深度平均值为8.7 cm,滴灌带上方平均覆土厚度为3.3 cm,滴灌带铺设位置在薯苗侧下方,侧方平均距离为3.3 cm,下方平均距离为4.3 cm,达到农艺种植指标要求。该机劳动生产率较人工移栽有大幅度提高,且生产作业成本较低,适宜在京郊进行薯苗移栽作业,可以在实际生产中推广应用。      

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。     

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.     

含沙水磁化处理减缓滴头堵塞机理研究

为探究含沙水磁化处理对悬浮泥沙在滴灌管网中沉降的影响,揭示含沙水磁化处理对滴头堵塞的减缓机理,以内镶贴片式迷宫流道滴头为研究对象,设置4种磁化强度(0、0.2、0.4、0.6 T)和4种粒径级配(0～0.100 mm、0.075～0.100 mm、0.038～0.075 mm、0～0.038 mm)的泥沙,泥沙质量浓度...