微灌用均质砂滤料过滤粉煤灰水时对颗粒质量分数与浊度的影响

为了搞清楚微灌用均质砂滤料的过滤效果,作者开展了均质砂滤料过滤对粉煤灰水质的固体颗粒质量分数和水质浊度影响的模型试验。对颗粒质量分数影响试验显示：虽然颗粒质量分数的平均滤除率均在59%以上,但试验数据变化幅度很大,说明过滤对颗粒质量分数的影响较为复杂;滤除率与过滤速度成负相关,与原水颗粒质量分数成正相关;试验数据验证了敏茨过滤方程表述的“过滤是吸附和脱落交互发生的过程”对微灌过滤条件的合理性,证明了微灌过滤水流流态均为非层流,多数情况处在层流与紊流的过渡区内。对浊度影响试验发现：滤层厚度对浊度滤除比起决定性的作用,浊度粒子吸附与脱落时间均大约在5～6 min,滤速对浊度去除率的影响是有限的。比较2个试验可看出：滤后水的颗粒质量分数和浊度值是2个不相关的参数,其过滤过程是截然不同的,进而得出以浊度指标来判断微灌过滤和反冲洗效果是不科学的。该试验为今后微灌过滤技术的发展提供了参考。     

陶瓷滤料过滤性能试验研究

山铝陶瓷是利用铝厂的废矿料生产的一种过滤材料，为了研究其过滤性能，在试验室对陶瓷滤料进行试验，同时做了石英砂过滤试验作为对照。结果显示：各种级配的陶瓷滤料其过滤周期、产水量、过滤能力指数分别是石英砂滤料的1.27-1.54倍、1.28-1.77倍、1.23-1.62倍。在试验室模型试验后，进行了生产性试验，试验结果也表明：陶瓷滤料过滤运行成本低 、过滤效率高、出水水质好。     

引黄滴灌砂石过滤器滤料过滤性能

选取黄河原状泥沙,采用自行配置黄河水,针对不同粒径均质石英砂滤料,对不同过滤速度条件下过滤器过滤性能进行测试.结果表明:总体而言,水头损失均随着时间的增加而增大.相同滤料粒径条件下,随着流速的增加,水头损失整体呈上升趋势.出水浊度均随着时间的增加而减小.随着流速的增加,出水浊度整体呈现先减小后增加的趋势.原因是随着流速的增加,穿过滤料空隙部分以及被滤料表面吸附的小颗粒与大颗粒会随之增加,滤层堵塞速度与程度均会增加,从而导致水头损失会随之增加.随着粒径的增加,滤料颗粒表面积减小,滤料颗粒间空隙增加,其对水中颗粒物的截留、吸附等能力均会降低,则水头损失会随之降低.由于滤料能吸附各种杂质,在运行一段时间后,滤料颗粒表面就会附着各种杂质从而失去其再次吸附其他杂质的能力,故而浊度去除率会越来越低.本研究可为引黄滴灌过滤器最优过滤模式选择提供理论依据.     

微灌砂滤料的表层过滤和气水反冲洗试验研究

采用砂过滤器模型,在3种滤料粒径的条件下进行了过滤和气水反冲洗试验研究。根据在不同的过滤速度、原水颗粒质量分数、粉煤灰粒径条件下测得的滤层表面的压力,判断各因素与发生表层过滤的关系。以出水浊度随时间的变化,对比3种加气模式以及单纯水洗的效果。试验结果表明,原水颗粒质量分数和煤灰粒径是发生表层过滤的主要影响因素,且砂滤料的粒径越小,越容易发生表层过滤,在一定速度范围内过滤速度的影响最小。反冲洗以出水浊度为指标,气冲-气水混冲-水冲与气水混冲-水冲要优于气冲-水冲和单纯水洗的效果。     

不同工况下砂石过滤器对黄河水和再生水过滤性能影响

为了了解不同水源条件下砂石过滤器的过滤性能,选取黄河水及再生水2种典型滴灌水源,测试了3种粒径石英砂滤料,5种滤速条件下砂石过滤器颗粒物去除率和水头损失,重点对比了2种水源下砂石过滤器过滤性能的差异.研究发现:砂石过滤器对再生水的浊度去除效果优于黄河水,浊度去除率提高5.95%~65.30%.在黄河水条件下,砂石过滤器水头损失大于再生水,水头损失增加了34.90%~68.40%;随着运行时间的增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率缓慢上升,而对黄河水的浊度去除率呈先升后降趋势;随过滤流速增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率呈先增后减趋势,而对黄河水的浊度去除率随流速增加并未有明显变化;黄河水条件下砂石过滤器的过滤参数建议选择粒径1.00~1.70 mm,过滤流速0.012 m/s,再生水建议选择粒径1.70~2.35 mm,过滤流速0.015 m/s.结果为不同水质条件下过滤器的选择提供一定参考.     

流量与含沙量对浮筒网式旋转过滤器水力性能与过滤性能的影响

过滤器是保障微灌系统正常运行的核心设备,而水头损失与过滤效率是评价其性能的2个关键指标。为探明泵前过滤器—浮筒网式旋转过滤器的水力性能和过滤性能,采用方差分析、极差分析、主效应多重比较法对比分析了浮筒网式旋转过滤器在滤网孔径为0.150 mm时,5种不同含沙量、5种不同流量下的水头损失与过滤效率,并确定了试验条件下的最优工况。结果表明：对水头损失而言,流量比含沙量影响大;对过滤效率而言,含沙量的影响更大,且水头损失与过滤效率均随含沙量与流量的增大而增大;最优工况为流量930 L/h、含沙量2.0 g/L,此工况下对应的水头损失为0.281 m,过滤效率为84.01%,可以保证在有良好的过滤效率的同时具有较小的水头损失,从而实现节能减排,高效灌溉的目的。     

外包滤料对暗管排水与土壤脱盐效果的影响

为了探究不同外包滤料条件下的暗管排水性能和土壤脱盐效果,基于室内试验研究成果,在田间设置4种暗管排水系统(各系统中暗管埋深均为80 cm,间距均为20 m),所用外包滤料分别为68 g/m²土工布(L)、砂滤料(S)、68 g/m²土工布+砂滤料(LS)和无外包滤料(W),以当地常规明沟排水(CK)作为对照,通过田间试验分析了春灌过程中各暗管系统的排水性能指标及土壤脱盐效率.结果表明:相比处理W,处理L,S和LS平均排水速率提升了7.44%,12.55%和15.75%,平均流量衰减度降低4.07%;处理S和LS累积排水量提高了5.11%和8.31%(P<0.05).各暗管处理春灌后平均土壤脱盐率均达47%以上,较CK提升显著,其中处理LS效果最优,为50.94%.综上,应优先选择处理LS作为河套灌区暗管排水系统外包滤料布设方案.该研究结果可为河套灌区暗管排盐技术的推广应用提供理论支撑和科学指导.     

微灌用叠片过滤器的过滤性能试验研究

为了深入研究微灌用叠片过滤器的水力和过滤性能,采用试验方法,研究分析了叠片过滤器的过滤性能。结果表明,叠片过滤器的水头损失均随加砂量的增加而呈现非比例的增加,在加砂量达到一定量时,水头损失出现激增,并迅速达到或超过安全压差;粒径的大小影响安全过滤砂量;叠片过滤器的朝上安装时的过滤性能优于朝下安装;根据叠片过滤器的过滤效率,得到了叠片过滤器过滤精度M与叠片最小断面内切圆直径D的关系范围为:M∶D≈1∶1.2。     

浑水特性与水温对滴头抗堵塞性能的影响

为探明迷宫流道滴头发生物理堵塞的成因及过程,采用分段粒径浑水周期间歇滴灌的试验方法,分别对含沙量、泥沙颗粒粒径和水温对滴头堵塞发生过程的影响进行研究。结果表明:对于泥沙颗粒粒径小于0.1 mm的浑水滴灌而言,粒径越小越易造成滴头堵塞,且其堵塞程度随浑水含沙量的升高而急剧升高;存在造成滴头堵塞的敏感粒径范围,在夏季灌溉时小于0.031 mm的粒径为易堵塞粒径;水温是影响滴头堵塞的重要因素,水温越高滴头的抗物理堵塞性能越好。     

CO_2质量分数升高对水稻生长及水分利用效率的影响

以苏南地区单季水稻为研究对象,基于1961—2010年气象数据,结合经田间试验资料验证后的水稻模型ORYZA2000,研究分析了50年来不同CO2质量分数下水稻产量、水分利用效率和灌溉水利用效率的变化趋势。结果表明,过去50年,水稻产量、水分利用效率呈现出显著下降趋势;灌溉水利用效率呈略微上升趋势,但不显著。在CO2质量分数增加0.5、1.0、1.5倍3种情况下,水稻产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均有显著增加,且随着CO2质量分数的增加而逐渐增加。     

浑水泥沙粒径与含沙量对迷宫流道堵塞的影响

为客观评价浑水中泥沙特性对滴头流道堵塞的影响以及合理选择滴灌水质处理方法,采用L9（34）的正交试验设计方法,进行了浑水间歇灌水测试,并提出了以滴头平均相对流量和灌水均匀度系数作为基本参数的滴头堵塞程度综合评价方法,比较分析了压力、含沙量以及泥沙粒径等变化对滴头堵塞比例和堵塞程度的影响规律.研究结果表明：对于粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒,工作压力对流道堵塞的影响非常显著,其次为泥沙粒径;滴头堵塞程度的大小是由粒径、含沙量、工作压力三者相互耦合作用引起的,且相互之间不存在单调相关关系.在实际灌水过程中,当灌溉水中含有较多小于0.1 mm的泥沙颗粒时,应尽量滤除粒径小于0.048 mm的颗粒,并可加入分散剂,阻止细小黏粒的团聚絮凝作用,以提高滴头抗堵塞能力.     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm3)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间...     

天然与人工滤层对渗管出水的影响

为了探究天然河床砂厚度对渗管取水工程出水量的影响,以及天然河床砂和人工反滤层的交互作用,通过物理模型试验,设置3种天然河床砂厚度、3种来流流量和不同水深,观测不同工况下渗管出水量的情况.根据试验结果进行回归分析.回归方程计算的出水量与试验值误差基本都在±5%以内,平均误差的绝对值仅为0.19%,较以往参考值算法更加精确;出水量的改变与天然河床砂渗透系数和人工反滤层渗透系数的大小有关,当天然河床砂的渗透系数小于人工反滤层最小渗透系数时,渗管出水量随着天然河床砂厚度的增加而减小;反之,则随着天然河床砂厚度的增加而增加.反滤层渗透系数对渗管出水量的影响要大于水头高度对出水量的影响.回归方程的方法提高了渗管出水量计算的精度,可用于实际工程的指导,在渗管取水工程的设计中需考虑天然河床砂与人工反滤层之间的交互作用,根据天然河床砂的渗透系数与厚度合理选择人工反滤层.     

细小泥沙对半透膜微润管堵塞的影响

为探明半透膜微润管对细小泥沙抗堵塞性能的影响,采用有压连续灌水方式对微润管3种粒径组成小于0.100 mm的泥沙颗粒进行了不同质量分数浑水灌溉堵塞试验.分析了泥沙粒径、含沙量以及压力水头对灌水器堵塞的影响,同时探讨了灌水器发生堵塞时的敏感粒径范围和含沙量质量分数值.试验结果表明:随着浑水含沙量的增大堵塞越严重,呈正相关关系;粒径在0.061 0 mm~0.100 0 mm对微润管的堵塞影响最大;相同水质条件下,随着压力水头的增大微润管堵塞程度会降低.研究结果为进一步利用半透膜微润灌溉技术提供了相关的理论基础.     

基于CFD的发动机冷却水泵汽蚀性能预测

以雷诺时均N-S方程为基本控制方程,采用标准k-ε双方程湍流模型及多相流模型,利用计算流体动力学软件CFX模拟了发动机冷却水泵内部的三维湍流流场,对某一叶轮严重损坏的发动机冷却水泵外特性性能和汽蚀性能进行预测,并分析叶轮损坏原因,观察冷却水泵叶轮内部汽蚀情况．模拟结果表明:在85 ℃下模型泵的临界汽蚀余量约为107 m,在表压为0时已发生了较为严重的汽蚀现象,叶轮破坏主要是由汽蚀引起．通过与试验数据进行对比验证,水泵在285 L／min设计流量下扬程为61 m,远远低于常温下的数值模拟结果,说明该泵在实际运行工况下已发生严重汽蚀,试验结果与数值预测结论基本吻合．研究结果对于改善发动机冷却水泵的汽蚀性能、防止和减轻空化现象产生提供理论依据,也为判断和模拟发动机冷却水泵的汽蚀破坏提供了一个快速、准确的计算方法．     

出水挡板对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了提高射流式自吸泵的自吸性能,选取增设出水挡板的UJM75-2型射流式自吸泵为研究对象,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对导流器背面增设出水挡板后的泵腔内气相过流能力的影响规律进行分析,并根据分析结果进一步研究出水挡板对射流式自吸泵性能的影响机理.研究结果表明:出水挡板上方的出水孔与导流器背面筋板位置关系影响混合流体的出流,存在最佳安装位置;液体由出水孔流向泵腔内,会对泵出口产生冲刷作用,使得气液分离不充分,部分液体进入出水管道,阻碍气体排出;出水孔对称中心线与泵出口中心线夹角为90°时,自吸高度可达8.5 m,3 min即可完成自吸;增设出水挡板前后射流式自吸泵的水力性能变化甚微,可保证运行稳定的条件下提高自吸性能.     

水泵启动时间对灌溉水力旋流器性能的影响

为解决在水泵启动阶段圆锥型水力旋流器过滤性能较差的问题,利用变频控制技术,以DN50圆锥型灌溉用水力旋流器为研究对象,对含沙质量分数分别为0.451%,0.266%和0.124%的3种水沙混合液分别进行了5,15,30,60和90 s 的5种启动时间,15,30,90和120 s 的4种启动时间以及15,30,60和90 s的 4种启动时间的水沙分离性能试验研究.试验结果表明：水泵启动时间越短,大粒径颗粒的分离效果变差,而启动时间越长,小粒径颗粒的分离效果变差;启动过程中水力旋流器的总分离效率及分级性能随时间均呈现先差后好最后趋于稳定的规律;在相同启动时间的同一时刻下,分级性能随颗粒粒径的增大呈现有规律的波动性变化,0.2 mm以上粒径级沙粒的分离效果最好.结合总分离效率规律,推荐DN50圆锥型水力旋流器在工作流量为15 m3/h时的水泵最佳启动时间为30 s.     

Effect of timing of a deficit-irrigation allocation on corn evapotranspiration, yield, water use efficiency and dry mass

Water regulations have decreased irrigation water supplies in Nebraska and some other areas of the USA Great Plains. When available water is not enough to meet crop water requirements during the entire growing cycle, it becomes critical to know the proper irrigation timing that would maximize yields and profits. This study evaluated the effect of timing of a deficit-irrigation allocation (150 mm) on crop evapotranspiration (ETc), yield, water use efficiency (WUE = yield/ETc), irrigation water use efficiency (IWUE = yield/irrigation), and dry mass (DM) of corn (Zea mays L.) irrigated with subsurface drip irrigation in the semiarid climate of North Platte, NE. During 2005 and 2006, a total of sixteen irrigation treatments (eight each year) were evaluated, which received different percentages of the water allocation during July, August, and September. During both years, all treatments resulted in no crop stress during the vegetative period and stress during the reproductive stages, which affected ETc, DM, yield, WUE and IWUE. Among treatments, ETc varied by 7.2 and 18.8%; yield by 17 and 33%; WUE by 12 and 22%, and IWUE by 18 and 33% in 2005 and 2006, respectively. Yield and WUE both increased linearly with ETc and with ETc/ETp (ETp = seasonal ETc with no water stress), and WUE increased linearly with yield. The yield response factor (ky) averaged 1.50 over the two seasons. Irrigation timing affected the DM of the plant, grain, and cob, but not that of the stover. It also affected the percent of DM partitioned to the grain (harvest index), which increased linearly with ETc and averaged 56.2% over the two seasons, but did not affect the percent allocated to the cob or stover. Irrigation applied in July had the highest positive coefficient of determination (R²) with yield. This high positive correlation decreased considerably for irrigation applied in August, and became negative for irrigation applied in September. The best positive correlation between the soil water deficit factor (Ks) and yield occurred during weeks 12-14 from crop emergence, during the “milk” and “dough” growth stages. Yield was poorly correlated to stress during weeks 15 and 16, and the correlation became negative after week 17. Dividing the 150 mm allocation about evenly among July, August and September was a good strategy resulting in the highest yields in 2005, but not in 2006. Applying a larger proportion of the allocation in July was a good strategy during both years, and the opposite resulted when applying a large proportion of the allocation in September. The different results obtained between years indicate that flexible irrigation scheduling techniques should be adopted, rather than relying on fixed timing strategies.