文丘里施肥器的空化特性试验研究

为了研究文丘里施肥器在压差较大的情况下产生的临界空化对微灌系统灌水器的工作压力影响,试验选取并研究了DN25型文丘里施肥器在吸肥过程中发生的空化现象,测试了7个不同进口压力水平下文丘里施肥器的吸肥流量随进出口压差变化的规律,同时采用动态应变仪测得了对应工况下施肥器喉部和扩散段外侧的应变数据,比较分析了应变数据的标准差与吸肥流量之间的关系,以及文丘里施肥器发生空化时内部流动特性变化规律.试验结果表明,当进口压力在0.20 MPa以下时,文丘里施肥器内部未发生空化;当进口压力在0.20 MPa以上时,吸肥流量增大至某稳定值时所对应的临界最大压差与进口压力呈线性关系,此时文丘里施肥器内部发生临界空化.当进口压力超过临界最大压差时,应变标准差随进出口压差变化的趋势曲线呈M型,且M型曲线的3个特征拐点对应的进出口压差均与其进口压力呈线性关系.     

微灌用文丘里施肥器综合性能试验研究

基于文丘里施肥器综合工作性能指标测试研究,以期获得文丘里施肥器结构优化设计建议.研究选用规格为DN 20的6种不同材质的国内外文丘里施肥器,基于不同进口压力和进出口压差条件,系统针对文丘里施肥器在压力能耗、吸肥效率以及振动与空化等综合性能指标开展了测试研究.结果表明:文丘里施肥器吸肥临界压差与进口压力存在显著的线性正相关;相同进口压力下,国内文丘里施肥器最大吸肥量普遍明显低于国外同类产品,且振动与空化现象受压差变化敏感性较强;同一模具下,收缩率较小材质的施肥器制造偏差小,吸肥性能好, UPVC可作为生产施肥器的优选原料之一;此外,文丘里施肥器存在与其内部结构相对应的吸肥量上限,压差增大后导致振动与空化现象的加强是抑制文丘里施肥器吸肥能力进一步提升的重要原因.     

微灌系统文丘里施肥器吸肥性能试验

为了研究微灌系统文丘里施肥器吸肥性能与结构参数的关系,对4种组合式喉管规格的某文丘里施肥器分别在0.10,0.15,0.20,0.25和0.30 MPa进口压力下进行了吸肥性能试验.研究结果表明,文丘里施肥器临界压差和最大压差与进口压力呈线性正相关关系,进口流量随着进口压力或进出口压差的升高而呈增大趋势;当出口与进口压力之比低于0.4时,随着喉管直径的减小、收缩角和扩散角的增大,吸肥流量与出口流量之比逐渐上升;而当压力比高于0.4时,吸肥流量与出口流量之比则呈相反的变化趋势.建立了吸肥性能与喉管几何尺寸及工作参数之间关系的回归模型,可为文丘里施肥器的设计和运行提供技术依据.     

文丘里施肥器结构参数优化对吸肥性能的影响

为了降低文丘里施肥器进出口压差和提高吸肥效率,选取文丘里施肥器的7个关键参数,采用正交设计方法构造了18种结构参数方案.应用CFD技术模拟分析了每种方案的吸肥性能,以吸肥效率为评价指标提出了最优结构参数方案,并加工成样品,与优化前产品进行了吸肥性能试验对比.结果表明:进口压力不变时,文丘里施肥器吸肥流量随着进出口压差的增大而增大;当吸肥流量相同时,进口压力越大,则所需的压差越大.优化后的吸肥流量较优化前平均提高了114.6%,最大吸肥流量平均提高了31.5%.不同的进口压力下,文丘里施肥器开始吸肥时临界压力比几乎是定值,优化前后平均值分别为0.46和0.61,表明结构优化后文丘里施肥器的工作压力范围得到了拓宽,验证了结构优化设计和数值模拟的可靠性.     

文丘里施肥器空化过程高速摄像分析

针对文丘里施肥器运行中喉部负压越低,吸肥流量越大,但负压过低易出现空化,严重时会磨损内部流道表面,最终影响吸肥流量和微灌系统的施肥均匀性这一问题,采用高速摄像技术拍摄1.5"文丘里施肥器工作过程的内部流动,分析空化与进口压力和进出口压差的关系,以及空化对吸肥性能的影响.结果表明:空化首先发生在文丘里施肥器的收缩段和喉部连接处.随着进出口压差的增大,空化程度逐渐加剧,空泡由喉部延伸至扩散段,同时吸肥流量的增长速度逐渐降低,直至压差增大至某值发生临界空化后,吸肥流量不再增大.喉部吸肥流量增大会对工作流体产生冲击,引起扩散段内的空泡向上方聚集,产生非均匀分布,此外扩散段后半段出现明显回流现象,引起空泡周期性脱落.     

文丘里施肥器吸肥性能试验研究

通过对文丘里施肥器吸肥性能测试,分析其吸肥流量与喉部负压、进出口压力和进口流量间的关系.结果表明:在吸肥初期阶段,吸肥流量随进口压力和进口流量的增大而增大,当吸肥流量达到最大值后,吸肥流量基本稳定,不受进口压力和进口流量增大变化的影响;吸肥浓度随进口压力和流量的增大先增大后减小,在喉部负压降低到最低点时,吸肥浓度达到最大,试验用文丘里施肥器的最大吸肥浓度约12％～13％.因此,灌溉系统中选择文丘里施肥器时,应考虑其吸肥性能,确定合理的进口压力和进口流量,以达到精确施肥的效果.     

并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式性能分析

为了了解文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式的性能,在其工作原理的基础上,设计了4个文丘里管并联的施肥器,其部分参数为L_a=105 mm,L_b=55 mm,四通T型出口两侧长度L₁~L₈=36 mm,文丘里管通道内径均为50 mm.在并联四文丘里管施肥器吸肥口为1个大气压力,营养液出口为0.10 MPa,进水端入口压力分别为0.15,0.25,0.35,0.45,0.55,0.65 MPa的边界条件下,运用FloEFD软件对施肥器吸肥量进行仿真分析,得到了各通道吸肥量与进出口压差呈正相关的工作特性.基于该分析结果,进一步在4个文丘里管并联施肥器的出口增设吸肥泵,构成四吸肥通道+旁路吸肥式管路施肥器(“旁路吸肥”模式),通过性能仿真表明:并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式,可提高吸肥量整体提高31.08%以上,方差降低74.12%,同时实现将营养液有压输出.进一步开展并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式吸肥量性能试验,得出实测平均吸肥量为693.25 L/h,与仿真分析数据平均相对误差仅为4%,验证了仿真分析结果.该研究为并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式整机的研制奠定了基础.     

不同喉管结构对文丘里施肥器性能影响的研究北大核心

文丘里施肥器是常见的施肥装置,其结构流道改进成为提高施肥性能的关键因素。测试分析了圆柱形(C)、锥形(T)、椭圆形(E)等3种文丘里施肥器喉管结构、14种样品的水力学性能,结果表明:随着入口流量的增加,吸肥效率呈递减趋势;随着喉管进口直径的增大,吸肥效率的递减趋势变缓;喉管进口直径越小,随着流量的增加,其吸肥效率下降越迅速。在入口流量一定时,随着λ的增加,喉管吸肥效率呈现先增加后递减的趋势。最后计算出当λ=1.27时喉管的吸肥效率最大。在相同的入口流量下,T型喉管的吸肥能力要优于C型和E型喉管,但能量损失很大。     

非对称结构文丘里施肥器数值模拟

基于有关学者提出的非对称结构(偏心向上)文丘里施肥器结构参数和室内试验测试数据,采用CFD数值模拟方法,研究分析了非对称结构与对称结构文丘里施肥器在吸肥量、内部流体运动及空化等性能指标上存在差异的内在原因.结果表明:模拟结果与室内测试结果吻合,即相同吸肥量条件下,非对称结构文丘里施肥器较对称结构表现出明显降低能耗的优势,可减少25%~35%的压力损失;对称结构文丘里施肥器喉部负压呈环状分布于喉管四周,非对称结构施肥器负压则呈半环状,位于喉管下部,因而相应空化区域较小,同等压差损失下有利于提高吸肥量;非对称文丘里施肥器收缩段与扩散段在喉管上部流线过渡平滑,多方向速度碰撞少,能量损耗相对小,在扩散段产生的回旋区较小.     

水肥一体机吸肥性能影响因素试验分析

针对文丘里和施肥泵组合结构的水肥一体机,分析了其结构组成和工作原理,得出了影响吸肥性能的主要因素,包括主管压力、主管流量、进口压力、施肥泵流量、通道数量、吸肥口数量、液位高度、过滤器等。在此基础上构建了试验装置,并进一步通过试验研究了这些因素对吸肥性能的影响。结果表明:主管压力对吸肥性能影响取决于施肥泵扬程,当施肥泵扬程大于主管最大压力约10m时没有影响,否则会产生显著影响;施肥泵流量在一定范围内与吸肥流量呈线性关系,需大于5个通道文丘里吸肥器工作流量总和时才能工作良好;施肥管道进口压力对吸肥流量影响较大,进口压力越高,吸肥流量越小,进口压力为0.1～0.2MPa时较合适;肥液桶内液位对吸肥流量有一定的影响,吸肥流量随着桶内液位升高而增加,20cm和100cm时相差约5%;主管流量、通道数量、吸肥口数量和有无过滤器对吸肥流量影响较小,参数选择合适时可以忽略。本研究可为水肥一体机设计和应用提供参考。