叠片式砂过滤器水力特性模拟计算(英)

针对微灌工程中灌水器堵塞的问题,通过大量的水力性能测试和反冲洗性能试验,探讨了叠片式砂过滤器当滤管直径一定时的最佳叠片数,提出叠片式砂过滤器的水力性能特性方程和过滤水头损失公式,试验证实所建立的叠片式砂过滤器的水头损失公式比原有经验公式的计算精度高,即在设计流速条件下误差仅为3.18%,为开发研究新型砂过滤器提供参考.     

大田滴灌自清洗网式过滤器水头损失试验

自清洗网式过滤器是目前国内外大田滴灌应用最广泛过滤器之一,其水头损失是评价过滤器性能的关键参数。该文通过对自清洗网式过滤器清水和浑水水头损失的试验研究,重点分析了80和120目滤网对应的清水和浑水水头损失变化规律。在清水试验中,得出了2种滤网目数对应过滤流量与水头损失变化关系式;在浑水试验中,分别研究了流量一定(220m3/h)和含沙量一定(0.190g/L)条件下水头损失随过滤时间变化规律,重点研究了这2种条件下浑水水头损失的计算方法,并对2种情况下水头损失进行了计算,对各种组合条件下浑水水头损失计算公式进行了拟合,分别得到流量一定条件下10种不同含沙量和含沙量一定条件下5种不同流量的水头损失计算公式。结果表明:各公式拟合精度较高,决定系数均大于0.95,可以用于浑水水头损失计算,研究结果可为实际工程中自清洗网式过滤器水头损失的计算提供参考。     

微灌双向有坡毛管情况下支管位置的确定方法

在微灌支管两侧布置双向毛管,有节省投资、节能、提高灌水质量的优点。该文在有限孔数毛管水力学的基础上,对双向有坡毛管布置时的支管位置确定方法做了较为完整的讨论,包括:计算中会遇到的4种情况,汇总了计算中涉及的解析公式,提出了合理孔数试算公式和进口段长度计算公式,并提出了毛管进口段总损失扩大系数的改进算式。确定支管位置(即毛管长度)的基本条件是:在两侧毛管各灌水器流量的平均值均等于设计流量的前提下,使两侧毛管的进口水头相等。原则上应分两步来实现:第一步是根据所遇情况选择适用算式,以两侧毛管最大水头偏差最接近为条件,试算确定毛管的合理孔数;第二步是计算两侧毛管的上游首孔水头,然后得到二条毛管的进口段长度。如两侧毛管首孔水头极为接近,则可直接按两侧毛管进口段长度相等来处理。通过算例说明该方法可在微灌系统设计中应用,对喷灌系统的干管布置也有参考意义。     

明渠测流长喉槽结构优化及设计理论研究

长喉槽是一种水头损失小，测流精度高，结构简单的明渠量水建筑物，是一种新型的量水建筑物，目前的计算理论存在如下缺陷：没有考虑侧向收缩造成的局部水头损失的影响；没有确定水头损失最小的进口收缩比；没有确定最佳的体型设计参数。该文通过一系列的水力学实验，确定最优收缩比为1∶3；最佳运行范围为堰上水头与喉长的比值为0.07～0.7；设计流量时的设计取值为0.6；并对收缩段水头损失的计算公式进行修正。通过以上改进，量水公式误差由5%减小到1.5%，淹没可达0.928。     

用凯勒均匀度进行微灌系统设计的质疑

用凯勒均匀度指标进行微灌系统设计的方法,美国还在使用,为了探讨该设计方法是否正确,该文从凯勒均匀度的定义与多孔出流管水力学原理出发,对凯勒均匀度的两种定义进行比较分析后,认为两种定义有实质性差别,不能混淆.凯勒均匀度的田间实测数据计算公式(定义1)只能作为微灌系统的后评价指标,用凯勒均匀度指标进行微灌系统设计的方法,是以制造偏差系数为基础的(定义2),而后者只是工作压力最小点的灌水器出流特征,作为设计指标,缺乏合理性;该方法中用推荐均匀度(EUT)来替代计算均匀度(EU),导致最小压力灌水器的流量期望值计算公式缺乏科学根据;而允许水头差计算公式与多口管水力学规律不符.出现上述错误的原因,在于当时多口管水力学研究还不成熟,而微灌生产实际又迫切需要设计方法.时至今日,应该重新审视这一设计方法.     

微灌系统田间管网设计的一种模拟模型

微灌系统田间管网的设计是系统设计的中心环节,计算繁琐。本文利用常用的微灌系统水力学公式建立了一种实用的田间管网设计模拟模型。它适用于各种微灌系统的辅助设计。     

贾峪口猪舍喷雾系统管径确定

以发酵床猪舍作为载体,设计喷雾系统管路。搜集了猪舍尺寸结构、水源及当地气候等参数,进行喷雾喷头与管道布置,为避免喷嘴受管路锈蚀而堵塞,喷雾系统管路选用聚乙烯塑料材质;利用灌水均匀度要求及管道水头损失公式计算并确定了干管、支管以及毛管的经济管径,可为类似猪舍喷雾系统管道设计及运行管理提供一定参考。     

离心泵圆盘摩擦损失计算

圆盘摩擦损失严重影响离心泵尤其是低比转数离心泵的性能，准确计算其大小是预测离心泵性能的重要基础之一。虽然计算离心泵圆盘摩擦损失的公式较多，但实际计算表明这些公式的计算结果都存在较大偏差。通过对不同圆盘摩擦损失计算公式的比较与分析，提出了不同比转数的离心泵圆盘摩擦损失计算应采用不同的公式。以优秀离心泵为基础，采用回归分析的方法修正了圆盘摩擦损失的计算公式。实例计算表明修正后的圆盘摩擦损失公式计算结果更准确，为工程实际应用提供了一种准确的计算方法。     

不同地形条件下微灌系统的计算机仿真研究

不同地形条件下微灌系统的设计一直是广受关注的问题,该文研究并开发了适应不同地形条件下微灌系统的计算机仿真程序。利用曲面生成方法及实测标高数据获得地貌图形,输入管网位置参数进行管线布置的设计并计算管线各点标高,在此基础上计算机自动完成微灌管网参数和水力平衡计算。为了验证程序的可靠性,对一个已有设计的平坦地块果园滴灌系统进行了模拟和计算,模拟结果与原设计吻合良好。给出了一个复杂地貌条件下微灌管网沿地势变化的仿真设计实例,水力分析表明系统所需水头以及管网节点的压力调节范围均大于对平坦地块的要求。     

微灌用叠片式砂过滤器性能试验研究

针对微灌工程中灌水器堵塞的问题,在分析现有砂过滤器基础上,研究设计了叠片式砂过滤器。通过大量的水力性能测试和反冲洗抗堵塞性能试验以及对比试验,探讨了一定滤管直径的最佳叠片数,即滤管直径Φ₁=20 mm时,叠片数为48片为宜;并提出叠片式砂过滤器的水力性能特性曲线方程和过滤水头损失经验公式。试验结果表明：叠片式砂过滤器水力性能良好,过滤能力大,水头损失小,即在设计流量为10 m³/h下,叠片式砂过滤器的清洁压降比滤头式砂过滤器小37%;过滤与反冲洗效果好,是节水灌溉系统中理想的防堵塞设备。     

滴灌管主流道沿程压力分布模型及验证

为揭示滴灌管的沿程流动特性,简化滴灌水力计算,分析了能量方程应用于滴灌管水力计算的局限性,并以质量守恒和动量守恒定理为依据,建立了以滴灌管为典型的变质量流动数学模型,并结合测压试验数据,获得了滴灌管主流道沿程压力分布表达式。变质量流动的动量方程表明:多孔管路主流道压力变化取决于摩阻项和动量交换项两部分,沿程压力分布的具体形式取决于二者作用的相对强弱,滴灌管压力分布归结为求解滴灌管轴向流速分布、摩阻系数和动量交换系数,动量方程建立的合理之处在于不必追究其详细机制,将复杂的流动机理进行了合理概化。测压-测流试验表明:滴灌管轴向流速分布指数与滴头自身特性参数无关,而与滴头安装个数呈线性关系。基于理论分析和试验数据回归得到了动量交换系数的表达式,并结合Blasius摩阻公式进行方程求解,压力计算值与实测值吻合良好,最大相对误差为4.27%。该文可为滴灌管水力计算及多孔管水动力学研究提供一定参考。     

北京市农田灌溉发展的现状与展望

系统分析了北京市水资源现状及农田灌溉的发展历史、现状、特点、发展趋势、存在的问题及对策与措施。介绍了北京郊区县几种典型节水灌溉方式。提出发展节水灌溉必须坚持水资源的用养结合,粮田要将田间节水作为重点,大力发展蔬菜和果树的节水灌溉,把水管理作为节水灌溉的重要内容,综合节水。     

不同灌溉方式下甘蔗光合特性

光合作用是植物干物质积累的重要过程,作物产量主要通过光合作用实现。为比较不同灌溉模式下甘蔗光合特性差异,探明其主要影响因素,以柳城05-136号为试验甘蔗品种,于2015年3月-12月在广西崇左市江州区试验基地开展6种灌溉模式甘蔗净光合速率及主要环境因子的田间观测。结果表明:地埋滴灌甘蔗净光合速率最高,平均值为29.23μmol/m2·s,无灌溉最低,为18.53μmol/m2·s,地埋滴灌分别比无灌溉、管灌、喷灌、微喷和地表滴灌高57.74%、23.54%、12.68%、9.68%和2.56%,灌溉能显著提高甘蔗的光合速率(P0.05)。通径分析结果显示,土壤含水率、空气温度和土壤肥力是影响甘蔗净光合速率的主要环境因子,但各灌溉模式之间主要影响因子存在差异,无灌溉和地埋滴灌土壤肥力的影响较为显著,地表滴灌则是土壤含水率和速效氮的影响较为显著,管灌模式主要影响因子为土壤速效钾和空气温度,而喷灌和微喷模式的主要影响因子均为土壤含水率和空气温度。采用地埋滴灌模式更有利于研究区域甘蔗净光合速率的提升,此外,针对不同灌溉模式的主要影响因子进行合理调控可有效提高甘蔗净光合速率,从而提高甘蔗产量。     

灌溉输配水系统明满流的全隐式耦合模拟及验证

准确合理地模拟具有自由表面的渠/管道明流和具有压力的管道满流运动过程,是设计、评价和管理灌区输配水系统的基础.为此,该文基于Preissmann窄缝法的概念,采用Saint-Venant方程组描述灌溉输配水系统的明满流过程,在交错空间离散单元格上,建立了基于全隐式标量耗散有限体积法的明满流耦合模拟模型.借助标准的室内物理模型观测数据和石家庄冶河灌区山尹村试验站野外原型观测数据,对模型的模拟效果进行了验证.结果表明,与基于显式向量耗散有限体积法建立的模型相比,该文建立的明满流耦合模拟模型具有类似的模拟精度,但水量平衡误差在室内和野外试验条件下仅为前者的13%和1.2%,且计算效率提高了约5.2倍;与基于四点偏心有限差分法建立的模型相比,模拟精度显著提高,水量平衡误差在室内和野外试验条件下仅为前者的7.6%和0.6%,且效率提高了1.3倍,故该文建立的模型有效克服了已有模型无法统一模拟精度和效率的缺陷,更适于实际工程问题,为灌区输配水系统的设计优化和管理评价提供了数值模拟方法.     

支毛管安装射流三通的滴灌系统水力性能研究

为分析脉冲水流对滴灌系统水力性能的影响规律,该文基于射流附壁和切换原理设计了一种支管射流三通,并与毛管射流三通开展组合试验。在毛管铺设长度为60 m,4种支管三通进口水头(9.5、12、14、15.5 m)条件下,研究支毛管安装射流三通或普通三通时灌水小区的灌水均匀度、脉冲频率与水头损失变化规律,并建立描述支管射流三通出口流量和压力的拟合关系式。结果表明,当支毛管三通均采用射流三通时,支毛管中均为间歇性脉冲水流,脉冲频率随支管进口水头增加而递增;毛管滴头流量在1.2～2.2L/h之间,沿程水头损失在0.9～1.6m之间;灌水均匀性系数在95.88%～98.56%之间,流量偏差率在8.35%～15.14%之间,灌水均匀度最高。根据研究结果,确定了灌水小区中支毛管三通的最优组合方式,可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据。     

重力式地下滴灌点源入渗特征的数值模拟与验证

基于非饱和土壤水动力学理论，建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动轴对称三维数值模拟模型，利用Galerkin有限元法进行了数值模拟。通过试验对比验证，表明所建模型可以用于分析地下滴灌土壤水分人渗规律，具有较高的精度。对不同灌水技术要素条件下的地下滴灌湿润特征及入渗规律进行了数值模拟。结果表明，在相同灌水量下，供水压力与滴孔孔径对湿润圈影响微弱，重力式地下滴灌管道设计时可以不考虑其影响，但它对滴孔出流量影响较大，而其它因素对滴孔出流量的影响微弱。因此在地下滴灌管道设计时，只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力，并可选择较小的供水压力；在相同灌水量情况下，管道埋深对湿润圈具有较明显的影响，应按田间实际进行合理选择，这些结论可为地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系分析

滴灌系统设计水头是影响滴灌工程投资与运行费用最为关键的因素,输配水管网是滴灌工程投资的主体,涉及到庞大的能耗与运行管理费用.该文从滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系等方面进行了分析.结果表明:在管径一定的条件下系统设计水头与工程输配水管网投资基本成正比例关系,并与年运行电费成正比例关系,对流态指数大于0.571的滴灌灌水器,降低设计水头有利于延长毛管铺设长度或减小流量偏差率提高灌水均匀度,降低系统运行电费,减少轮灌组数,提高管道利用率.该研究可供滴灌产品研发、工程设计与运行管理者参考.     

田间喷-管结合灌水技术体系的研究

该文在总结以往经验基础上,分析了喷灌与管灌在粮田灌溉中的优点和缺点,针对北方地区管灌面积甚广,亟待配套完善的现状,提出了“喷－管结合,扬长避短,择优施灌”的田间灌水新技术体系,通过配套部件研制、测试及田间对比试验和投资、能耗分析,这一体系在技术上是可行的,经济上是合理的。并已在北京等地推广应用。     

窑窖滴灌系统输水管路的优化布置

窑窖集雨滴灌成为解决我国干旱半干旱地区水资源短缺的途径之一。该文分析了窑窖分散式水源特点：水量较小，零星分布，管道设计困难，系统管理繁杂。以在农作物缺水关键期进行灌溉为出发点，根据水窖和地块分散的特点，通过对水窖输水线路优化设计，降低灌溉的管理和工程造价，设计最佳滴灌输水路线，达到水源联合调度的目的，并与传统设计方法和图论优化设计法进行了比较。所提出的设计方法适合解决各种地形条件下分布水源的输水路线布置问题。