地下滴灌中毛管水力计算的数学模型与试验

为了研究地下滴灌毛管水力特性与水力计算方法,用较短毛管并通过毛管末端泄流的方式,在室内利用地下滴灌毛管水力要素试验测试系统,分别测试了2种滴灌管在轻黏土中毛管上每个滴头的流量和毛管首末两端的压力水头．结果表明：在灌水持续2min之后,地下滴灌毛管上各滴头流量均趋于恒定值;在稳定的压力水头差下,滴头流量沿程依次减少．根据毛管沿程压力变化规律,结合考虑土壤质地、土壤体积质量和初始含水率的地下滴灌滴头流量计算公式,提出了毛管水力计算数学模型．利用该模型计算的滴头流量值与其实测值之间的相对误差在1．0％左右;并计算出考虑毛管局部水头损失的加大系数约为1．20．将该模型推广应用于一般情况下的地下滴灌毛管水力计算,可求解均匀坡、均质土、均匀管径与滴头等间距时的地下滴灌毛管水力特征值．     

微灌毛管水力计算曲线图及其应用(均匀管坡)——微灌水力设计计算方法探讨之四

毛管水力设计,需要计算最小压力孔号,判断最大压力孔位置以及毛管最大压力偏差和极限长度,虽然已提出解析公式,但有相当大的工作量。为了减轻技术人员的设计计算工作量,特将(塑料管)最小压力孔号、压力不小于末孔的最小孔号、毛管最大水头偏差、毛管极限孔数等计算并绘成曲线图,供设计者查用。     

地下压力渗灌的水力学研究

本文论述了压力渗灌毛管形变的水力学问题的实验室试验研究。试验研究使用了4种渗灌管:两种是双腔室孔口式渗头毛管;另两种是单腔式毛管式渗头毛管。渗灌毛管长度为30m,压力均匀。试验表明,渗灌毛管的水头损失和流量的实测值与用含布拉修斯摩阻系数的达西—韦斯巴赫公式预测的数值完全相符。由于土壤压力使渗灌毛管发生形变,在主     

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…     

滴头设计工作压力计算方法研究

以Powell方向加速法作为优化手段,用两级优化法对滴头设计工作压力的取值问题进行了研究,利用Powell法进行二元函数最优化,得到非标准的毛管直径和滴头设计工作压力;选择具有标准管径的毛管,使标准管径不小于初步优化得到的管径、毛管耐压不小于初步计算的毛管实际最大水压力,以滴头设计工作压力为决策变量,用外部罚函数法将不等式约束变为无约束问题,利用Powell法进行一元函数最优化,得到可直接用于实际滴灌工程中的滴头设计工作压力值.     

基于多孔毛管的温室热风采暖

通过对基于多孔毛管的温室热风采暖试验系统增温过程的研究,验证了该系统的实际增温效果.以多孔毛管进口温度、进口压力、出风孔径等试验因素,对多孔毛管进行保温围护,测量围护空间内温升数据,对不同试验因素条件下的热风增温过程进行试验分析.采用多项式回归方法对试验数据进行分析和计算,得出了围护空间内温升与毛管进口温度以及进口压力之间的数学关系.试验结果表明：不同毛管进口温度以及进口压力条件下,该热风增温系统可以使围护空间内温度升高4～9℃,且温升大小与多孔毛管进口温度和进口压力之间均为正相关关系,相对于进口温度,多孔毛管进口压力为围护空间内温升大小的主要影响因素.利用由多项式回归方法分析和计算得出的数学关系设定毛管进口温度和进口压力的大小,多孔毛管温室热风采暖系统可以满足温室冬季生产的实际增温需求.     

微灌系统有限元法水力解析和设计（四）

[例4]表2．9中列出的是一条非均匀坡度上的单向毛管的有关条件，由连接件造成的局部压力水头损失不明显，沿毛管的坡度条件与表2．4中的坡度5相同，该毛管的内径应该为多少？毛管的操作压力水头是多少？表29例4的有关条件解：根据MIDESIGNERVZ．0的要求，选择的最小毛管内径值和最大内径值分别为12rum和21nun，当毛管的人口安置在坡度的左边时，在一台微机上运行了MIDESIGNERVZ．0后没有得到计算结果，当毛管的入口安置在坡度的右边时，MIDESIGNERVZ．0计算出的毛管内径为196rum，毛管操作压力水头为684m，图2．22所示的是毛…     

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。     

多孔毛管温室冠层空间热风增温实验

为研究微孔散热条件下,多孔毛管沿程温度分布规律、温室冠层以下空间的垂直温度梯度及其与主要影响因素之间的关系,构建了多孔毛管温室空间热风增温实验系统。对多孔毛管进行保温围护,以毛管进口温度、进风压力、出风孔径等为实验参数,采集毛管前端孔口、中间孔口与末端孔口围护空间内温度数据,分析其在毛管沿程方向上和垂直空间内的分布规律。实验结果表明,毛管沿程出风孔口围护空间温升略有降低;垂直空间内温升呈先上升后下降的驼峰状变化趋势。不同进口温度、进风压力条件下,构建的热风增温系统可以使围护空间内距地面800～1 200 mm高度空间内的温度升高2.5～6.2℃。     

滴灌设计中毛管水头损失计算应注意的问题

本文提出了在滴灌毛管设计中在计算毛管沿程水头损失时应考虑流态的影响,根据作者的计算,在利用哈—威公式计算滴灌中毛管水头损失时有一定出入,误差可达25％以上。作者还认为,毛管局部水头损失仅为沿程水头损失的3％,故计算时局部水头损失可忽略不计。     

安装不同规格滴头的毛管各分段长度的设计

<正> 安装不同规格滴头的毛管各分段长度可按图解法进行设计,其内容和步骤分述如下。 一、根据灌区内作物、水源、土壤、地形、气象和动力等方面的因素,确定系统规划设计的标准及滴头的平均流量q和安装间距S。经过初步计算,确定毛管上允许的流量偏差率q_v,毛管长度L、毛管内径D以及滴头的类型。 二、根据计算的毛管水头损失h_f和毛管铺设坡度Sd值的大小判断H_l曲线的类型定出H_(nfn)和H_(rax)的大小及位置,然后根据公式绘制H_t曲线图(见图1),H_l为     

微灌毛管水力学研究——微灌水力设计计算方法探讨之一

本文不采用缝隙管的假定,提出毛管水头线的多段折线模型;在此基础上,定义了降比r和压比G,根据r的大小,讨论了均匀坡毛管压力水头的分布;讨论了总水头损失计算方法;导出诸水力特征量的计算公式。     

温室滴灌系统支管水力性能影响因素试验研究

通过室内试验研究分析了入口压力、支管长度、毛管间距3个因素对滴灌系统中支管水头损失及沿程压力分布的影响。结果表明:支管上的水头损失随着支管长度和入口压力的增大而增大,随毛管间距的增大而减小,但入口压力增大也同时使得支管沿线压力分布更为均匀。毛管间距0.6、0.9和1.2m条件下,满足水力偏差要求的支管最大铺设长度分别为20、40和60m。支管沿程压力分布曲线服从三次多项式关系,R2均在0.99以上。对支管上水头损失的构成进行了分析,表明局部与沿程水头损失之比fc随支管长度的增加、毛管间距的减小而增加,部分工况下fc会超过1;fc随首部压力的变化较为复杂,与具体的管网铺设s条件相关。多孔系数与来流条件有关,利用克里斯钦森公式计算出的多孔系数比实际值略微偏大,入口雷诺数从22 707增加至50 846时,克里斯钦森公式计算值与实测值之比从1.107降至1.068,表明入口雷诺数越大,克里斯钦森公式的计算精度越高。     

滴头插入对滴灌毛管水头损失影响试验研究

为了提高滴灌毛管水力设计精度,通过试验研究了因滴头插入引起的毛管局部水头损失,根据试验现象分析了毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf、毛管局部水头损失系数ξ,与滴头类型、滴头间距以及雷诺数之间的关系.结果表明:对于不同的滴头和滴头间距,毛管局部水头损失占沿程水头损失比例hj/hf差别较大.在相同间距下,迷宫流道滴头插入导致的hj/hf要大于压力补偿式滴头;对于同一类型滴头,滴头间距越小,局部水头损失越明显,hj/hf越大,且均大于微灌工程技术规范规定;若按规范取沿程水头损失的0.1～0.2计算局部水头损失,将导致滴灌工程设计中水头损失计算偏小.不同类型的滴头,毛管局部水头损失系数差异较大,其中迷宫流道滴头ξ基本在0.6以上,而压力补偿式滴头ξ为0.3～0.5,且ξ随滴头间距减小而增大、随雷诺数增大而减小,雷诺数越大,ξ变化越趋于平稳.通过对试验数据进行回归与统计分析,提出了毛管局部水头损失系数计算公式,相关系数R2为0.953.     

基于二分法的微灌毛管水力设计

根据微灌毛管水力学特性,采用二分法搜索原理,并与逆递推法相结合,提出微灌毛管水力解析与设计方法。利用计算机编程从毛管末端向毛管进口逆序递推,可以快速、方便地求解出毛管各个孔口的压力和流量,设计毛管运行的水力参数,校核平均流量、流量偏差率等设计控制指标。实例验证结果表明,该设计方法具有直观、简便和快捷的特点,易为非专业人员理解与应用,具有较高的求解效率和计算精度。     

微灌等量出流毛管管径遗传算法优

根据微灌等量出流毛管水力学特性,应用遗传算法理论和方法,提出2种等量出流毛管管径优化设计方法,编制了优化设计程序,分析了两种方法的适用条件及注意事项。所提方法能够获得最优管径,同时进行毛管进口压力设计,分析毛管孔口压力沿程分布。模拟计算结果表明,该方法具有较高的求解效率和计算精度。     

管道布置形式对毛管末端自动冲洗阀水力性能的影响研究

【目的】探究不同管道布置形式下毛管末端自动冲洗阀水力性能的响应规律,为冲洗阀在滴灌系统中的设计及应用提供理论依据。【方法】设置3种布置形式,分别为安装在φ16PE管末端(C1)、在1条48 m长滴灌带末端(C2)、在2条48 m长滴灌带并联后的末端(C3)利用3D打印加工了4种规格冲洗阀,共计12个处理,每个处理3个重复,研究管道布置形式对毛管末端自动冲洗阀水力性能的影响。【结果】在C2和C3布置形式下,单条毛管冲洗流速由0.82～1.03m/s降低到0.34～0.66m/s,毛管进口压力H1和冲洗阀进口压力H₂的差值分别为0.114～0.132MPa和0.047～0.088MPa;相比于C2,C1和C3布置形式的自动关闭所需毛管进口压力最小值H_1min分别平均降低了74.8%和40.4%;当冲洗时长FD或冲洗水量FQ相同时,4种规格冲洗阀所需的H₁的大小顺序为C2>C3>C1;当H₂<0.05MPa,FD下降幅度较大,平均为999.75s/MPa,当H₂&g...     

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。     

微灌系统有限元法水力解析和设计(二)

2．3均匀坡度上毛管的设计2．3．1单向毛管的设计伊塔耶和阮科（YitayewandWaxrick,1988）及哈索特等人（Hathootet,1993）提出了一个用于设计毛管的设计方法,在一条单向毛管的内径和长度中的一个参数、用户要求的平均灌水器流量和灌水均匀度给定的条件下,另外一个未知参数和所需要的毛管操作压力就可以准确地设计出来,这个方法的设计步骤为：第一步给设计参数选定由小到大的一组值;第二步对每一个选定的值,找出其能产生用户要求的平均灌水器流量qreq的毛管操作压,并评价出灌水均匀度;第三步画出灌水均匀度与设计参数及毛管操作…     

坡地上灌水器流量均等微灌双向毛管设计方法

根据最佳支管位置位于左右两侧毛管最小压力水头相等处的定义,结合能量廓线法推导出确定最佳支管位置的简易计算方法,并提出一种满足允许的最大压力水头和最小压力水头的微灌系统双向毛管设计方法.通过对多种存在条件的模拟计算,确定了最佳支管位置计算公式的最终形式、适用条件及其优化试算方式.利用该方法,能简便快速地设计各种坡地条件下微灌系统(灌水器流量均等)双向毛管.