薄壁内镶贴片式滴灌带有限元水力计算方法及设计

为了提高滴灌系统水力设计的准确性,基于有限元原理,提出一种计算薄壁内镶贴片式滴灌带能量损失和灌水均匀度的方法,局部水头损失根据贴片式滴头结构、管内压力和管道壁厚确定,沿程水头损失通过改进Darcy-Weisbach公式编写计算机程序,分析了不同滴灌带的水头损失及均匀度变化规律,并与《微灌工程技术规范》中推荐计算方法的结果进行对比.结果表明：管道总水头损失h_w随入口压力的增大而增大.随着滴头间距的增大,相同管长和压力下滴头个数减少,毛管总水头损失h_w减小;滴头间距较大时,水头损失的规范值远低于本模型计算值,滴头间距较小时,规范推荐的计算结果才较为合理;工作压力较低时,毛管壁厚对灌水均匀度影响较明显,且随着壁厚增大,过水断面减小,均匀度降低;当滴头额定流量较小时,相对于工作压力,壁厚对毛管的极限铺设长度影响较小.     

薄壁微喷带沿程水头损失试验研究

【目的】研究薄壁型微喷带沿程水头损失的水力性能。【方法】采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43、N45、N50、N64 mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改,得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。【结果】薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。【结论】采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。     

孔口式滴灌管沿程压力水头分布及允许最大铺设长度研究

从微灌工程水头损失计算的通用公式出发,通过对孔口出流实际水头线的简化,用微分法建立了毛管沿程水头损失的一般方程,根据能量方程得出了沿程压力水头的计算公式,且给出了在不同坡度下,毛管允许最大铺设长度的确定方法。为判断滴头出流能否满足流量允许偏差率或计算灌水均匀系数提供了依据,同时利用本文提出的方法确定出允许最大长度,并利用该长度布置管网,可以节省投资,为滴灌工程的设计提供一定的理论参考。     

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。     

不同坡度条件下薄壁型微喷带铺设长度优化分析

为确定薄壁型微喷带在不同坡度下的铺设长度与坡度的关系,选取市场上常见的折径为N43,64 mm的薄壁型微喷带,结合灌水小区水头分配系数,取β为0.55作为微喷带水头分配系数,计算其允许水头偏差。并以能量守恒定律为基础,建立微喷带在不同坡度铺设条件下的首末端相对压力函数模型及微喷带允许水头偏差与首末端相对压力之间的数学计算关系。发现在逆坡铺设时相对压力与铺设长度的关系为减函数、顺坡铺设时为抛物线函数,当微喷带的铺设长度铺到L_0时,相对压力ΔP(L_0)有最大值。最后通过在3种不同铺设长度下的数学模型,对微喷带铺设长度进行优化分析,确立了微喷带在顺、平、逆坡条件下铺设的3种铺设长度的计算公式,计算了坡度分别为0.01、0.03、0.05的顺坡铺设长度与逆坡铺设长度以及平坡铺设长度,以期为实际工程提供理论计算依据。     

温室滴灌系统支管水力性能及简化计算研究

我国温室产业近年来发展迅猛,由于面积、种植结构与密度等与大田差异较大,沿用大田滴灌系统的设计方法已不适宜,需要根据温室的具体条件确定设计方法。根据我国普通单栋温室情况,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沿程压力分布的影响。结果表明:支管沿程压力分布的均匀性随支管长度的增加、毛管间距和首部压力的减小而降低。结合滴头的水力特性参数得出支管上的最大允许压力偏差为30.85%。毛管间距0.6、0.9和1.2m条件下,满足水力偏差要求的单栋温室支管最大铺设长度分别为20、40和60m。运用量纲分析方法将影响支管水头损失的基本量导出为3个无量纲量υd/ν、υ2/(g d)和L d/s2,通过多元回归建立支管水头损失的经验预测模型(R2=92.4%)。分析了支管能坡曲线的函数形式,回归得到了支管水头损失比和沿程压力分布模型。以上模型预测值与实测数据拟合效果良好,可用于温室滴灌系统水力计算及规划设计。     

微喷带雷诺数与沿程水头损失试验研究

微喷带是有节水、省工、节能、增产和改善气候等优点的新型灌溉设备,本文对微喷带的沿程水头损失与雷诺数进行试验研究。通过试验得到微喷带的沿程水头损失与铺设长度和雷诺数的变化规律,分析了影响沿程水头损失的因素,对微喷带的生产与应用提供理论支持。     

微喷带水力特性的试验分析研究

本文采用试验方法对微喷带水力特性进行了分析,确定了微喷带沿程水头损失公式参数,通过多元线性回归得到沿程水头损失公式,探究了水头损失与首端流量和微喷带的铺设长度的关系、压强和流量的关系,从而得到微喷带相关的水力特性,为微喷带的实际应用提供理论依据,仅供参考。     

滴灌带设计参数优化研究

为测定不同铺设长度、入口压力下的滴头沿滴灌带的流量分布,计算出不同情况下滴灌带的设计参数。通过室内实验的方式分析了在正常工作压力下要达到该滴灌带滴头设计流量的最佳铺设长度以及采取低压小流量设计时要达到毛管滴头设计流量的最佳铺设长度。结果表明：当滴灌带铺设长度100m时,滴头流量在8～10m水头的工作压力下为2,4L／h;铺设长度低于70m时,滴头流量为2．5L／h。     

微灌自压软管毛管灌水均匀度的试验研究

自压软管微灌技术通过灌溉渠道与大田的水位差和地面的自然坡降，利用干管、支管、毛管三级软管实现自流灌溉。通过试验分析了毛管铺设长度、压力水头、铺设坡度、滴孔间距等参数对毛管灌水均匀性的影响，给出了各参数的合理取值范围。结果表明铺设长度、坡度对均匀度影响显著，均匀度随铺设长度增大而减小，随坡度增大呈先增大后减小的趋势；毛管压力水头、滴孔间距对均匀度影响不太显著。     

低压微灌多孔软管水力特性试验研究

为了进一步探索低压微灌多孔软管的水力性能,采用室内试验方法,研究了低压(1～5m)条件下多孔软管的出流规律、沿程压力分布规律以及水头损失分布规律,结果表明,在低压条件下,多孔软管的水力特性受进口压力、出流孔孔距、铺设长度等因素影响,且受到管壁塑性变形的影响;沿程出流表现出单峰性,随管长及孔距增大,最大值点前移,随压力增大,沿程出流更为均匀;沿程压力一直减少,前半段减幅约为后半段的4倍,且随孔距增大,递减幅度变小;水头损失随孔距减小和压力增大而减小,且进口压力为1～3m时的减幅与4～5m时的比值在管长为40m时,其值约为管长为30m时的2倍。研究结果可为低压微灌技术的完善和发展提供理论依据。     

沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌工程设计

云南省沾益区炎方乡来远银杏苗圃采用滴灌方式灌溉,设计灌溉面积180hm2,支管、毛管铺设是滴灌设计的核心内容.以项目区基本资料和灌溉制度为基础,通过水力计算来确定支管、毛管铺设参数.项目区分10组轮灌,灌水周期5d,灌水延续时间6h,净灌水定额18mm,毛灌水定额20mm.滴头流量2L/h,工作压力水头15m.最终:支管铺设长60m,间距60m,50孔,选用0.8MPa DN63PE100级管;毛管铺设长100m,间距1.2m,100孔,选用0.6MPaDN25PE100级管;选用16(0.15MPa)压力补偿滴头.     

射流三通组合的水力性能试验研究

【目的】探究支管射流三通与毛管射流三通组合下灌水系统的水力性能。【方法】根据3种支管射流三通进口压力水头(10、12、14 m)和3种滴灌带单侧铺设长度(60、70、80 m)设置9组试验,建立了射流三通水头振幅、脉冲频率、进口流量与水头损失的非线性拟合关系式,并分析了不同射流三通组合对灌水系统灌水均匀度的影响。【结果】水头振幅与水头损失、脉冲频率与水头损失均呈对数函数关系,流量与水头损失呈线性函数关系,且相对误差均小于1%;当支管毛管均采用射流三通时,灌水系统的灌水均匀系数提高了0.43%～0.92%,流量偏差率降低了5.32%～6.68%。【结论】可选择能够提高灌水均匀度的支管射流三通与毛管射流三通的最佳组合,并精确地预测3个模型下灌水系统水头损失的变化规律。     

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf减小,最小值可达到0. 67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0. 1~0. 2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0. 96.     

多孔管允许最大长度的计算

导出了不同地面坡度的多孔管允许最大长度公式，这一成果可用于喷灌及微灌工程的规划设计。     

基于WinSRFR软件的河套灌区水平畦田规格的优化

为了提升河套灌区的土地资源与灌水质量,以大田水平畦灌试验水流推进与消退实测数据为基础,采用数值模拟和分析方法,对河套灌区现状畦田规格进行优化设计.通过WinSRFR软件系统设计功能,基于田间各灌水要素,采用水量平衡法计算灌水质量指标并采用零惯量模拟率定.模拟出不同畦田规格组合的灌水质量指标等值线图,确定了满足灌水要求并具有较高灌水质量的灌溉系统的优化范围,考虑土地权属与畦田规格现状,提出了典型田块设计方案.方案1:合并田-毛渠-田,畦长为102 m、畦宽为65~95 m,畦田面积为6 670 ~10 005 m².方案2:合并田-毛渠-田-路-田,畦长为154 m、畦宽为65~110 m,畦田面积为10 005 ~16 675 m².     

微灌用网式过滤器局部水头损失的

在对网式过滤器进行了系统的水力性能试验基础上，分析了堵塞对过滤器局部水头损失的影响，指出过滤器的局部水头损失变化与过滤流量、过滤时间、水源含沙量有关，这些因素主要决定了过滤元件堵塞程度和变化快慢，即有效过水面积减小的频率，从而决定了额外局部水头损失增加的快慢程度。并提出了在含沙水条件下计算局部水头损失的经验关系式，指出过滤器在实际运用中，应保证压降曲线不发生急剧上升，并可以根据不同水质条件，确定其冲洗时的压差允许值和冲洗间隔时间。     

毛管射流三通结构参数优化与试验验证

为了提高毛管射流三通的脉冲特性,采用正交设计方法,选取喷嘴宽度、喷嘴深度、控制管宽度、位差、劈距、侧壁夹角6个因素,每个因素取5个水平参数,设计了共25组不同结构的毛管射流三通模型.采用CFX数值模拟技术,对25组三通模型进行模拟计算.以脉冲频率、水头振幅和压差作为试验评价指标,通过极差法分析了结构参数对脉冲特性的影响规律,确定影响各因素的主次顺序;利用方差法确定影响因素显著特性,确定最优结构尺寸模型.经过试验验证,结果表明在进口压力为50~120 kPa下,与4 mm喷嘴宽度射流三通相比,优化模型射流三通脉冲频率提高了3~10次/min,水头振幅(压力)提高了3.2~11.1 kPa,灌水均匀系数提高了0.53%~1.94%,流量偏差率降低了0.81%~5.33%.优化射流三通模型可提供持续稳定脉冲水流,脉冲特性得到较大提高,可有效改善灌水均匀度.