虚拟节点有限元法解析滴灌毛管水力特性

滴灌毛管水力学计算是滴灌系统设计的重要组成部分.利用有限元法和虚拟节点有限元法对滴灌毛管进行了水力学解析.结果表明,与有限元法相比,随着虚拟节点数的减少,虚拟节点有限元法和虚拟节点平均水头损失有限元法计算结果误差增大,但通过合理选择虚拟单元个数,可达到与多口系数法相同的计算精度,在满足实际滴灌工程设计需要的同时可以显著减少单元数量,从而减少计算量,其中虚拟节点法减少95%,虚拟节点平均水头损失法减少98%.     

虚拟节点有限元法解析滴灌毛管水力特

滴灌毛管水力学计算是滴灌系统设计的重要组成部分。利用有限元法和虚拟节点有限元法对滴灌毛管进行了水力学解析。结果表明,与有限元法相比,随着虚拟节点数的减少,虚拟节点有限元法和虚拟节点平均水头损失有限元法计算结果误差增大,但通过合理选择虚拟单元个数,可达到与多口系数法相同的计算精度,在满足实际滴灌工程设计需要的同时可以显著减少单元数量,从而减少计算量,其中虚拟节点法减少95%,虚拟节点平均水头损失法减少     

有限元法解析滴灌毛管水力特性

对滴灌毛管进行水力学解析时,利用连续性方程、伯努利能量方程、沿程水头损失计算公式,即微灌工程技术规范中指定的公式和滴头流量公式,用直接法推导了有限元方法计算公式。计算结果表明,有限元法计算结果准确,但是计算量和存储量大。     

自压滴灌支管灌水单元设计方法

为了解决山地自压滴灌支管灌水单元水力设计问题,以滴头制造偏差、水力偏差和微地形偏差产生的综合流量偏差率作为灌水均匀度衡量标准,计算出支管灌水单元不同压力区允许水压力偏差和最大水压力,根据不同压力区支管水压力递推关系,确定出支管压力偏差分配系数,将支管单元设计转变为支管设计和毛管设计;支管设计采用两阶段设计法,计算出支管各节点水压力,根据该水压力和不同压力区允许最大水压力,对支管进行压力单元的划分,在不同压力区选择不同类型的滴头,使滴头额定工作压力与地形高差提供的工作压力相匹配．研究结果可直接用于山地支管灌水单元设计,计算可在Excel表格中完成,设计方法简单实用．     

增设辅助支管的滴灌系统管网模式探讨

新疆生产建设兵团大田膜下滴灌技术已经历了10年的试验、研究和应用推广,截至2005年应用面积已达33.3万hm2,就其管网模式而言增设辅助支管的滴灌系统管网模式应用面积约22.7万hm2,占68%左右。此种管网模式由于自身特点及优越性,在滴灌技术应用推广中发挥了重要作用,但也出现了一些问题,该文就其特点、优越性和适用条件进行论述,并对存在问题提出建议。     

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。     

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.     

喷灌支管的优化设计方法

多喷头支管设计的常规方法是采用克里斯琴(Christiensen)导出的等流量、等出流间距、等管径的多孔系数法,但实际喷灌工程中,各喷头流量并不相等,间距也可能不同。针对这个问题,本文通过建立支管模型,提出了支管内各管段通用的水力计算方程式,可求解出精确的支管流量和水头。本方法用于多种管径,出流间距可不相等的管段组成的喷灌支管设计。     

喷灌支管优化设计的图解法

本文提出的支管优化设计的图解法,可用于两种管径的管段组成的支管设计。这一方法也可用于滴灌或给水工程中的多孔出流管的优化设计。     

滴灌三角形迷宫滴头水力性能稳健性分析

由于滴灌滴头流道曲折复杂,各种结构参数都不同程度地影响着滴头水力性能,滴头水力性能分析时,很难建立显式的解析模型.为此提出基于移动最小二乘响应曲面法建立滴头水力性能可靠性指标对应结构影响参数的灵敏度分析模型.结果表明,滴头流道流量系数的可靠度对流道长度和流道宽度的均值灵敏性较强,对流道转角的均值灵敏性较差;滴头流道流态指数的可靠度对流道宽度和流道转角的均值灵敏性较强,对流道长度的均值灵敏性较差;基本变量标准差的增加会降低滴头流道流量系数和流态指数的可靠度.基于移动最小二乘响应曲面滴头水力性能可靠性灵敏度分析结果与通常的定性分析结果一致,验证了本方法的有效性.     

基于CAD的滴灌系统水力自动计算模型

针对滴灌CAD系统中水力计算与管网布置的耦合问题,研究了管网图形识别及有效性判定,并基于AutoCAD二次开发思想,应用步进法水力学解析原理,建立了滴灌系统计算机辅助设计水力计算模型,有效地将管网图形与水力计算耦合,使水力计算结果及时反馈到管网图形中,为实际工程管网水力性能的优化提供了技术手段.通过算例对该模型进行了验证,结果表明,应用该模型计算出的流量和水头偏差率均在允许范围内,管网识别及水力计算过程可在10min内完成.     

圆柱型迷宫式流道滴灌灌水器平面模型试验研究

在流道内的流体流动研究中引入PIV等先进的图像全场测速技术,关键是解决塑料灌水器模型本身的圆柱型以及不透明问题。以AutoCAD技术和读数显微镜相结合的方法测量灌水器迷宫式流道几何参数,探索性地借助不锈钢电火花线切割技术构建了圆柱型灌水器的平面模型,结果表明:平面模型与塑料原型的流态指数非常接近,利用电火花线切割技术可行;流量系数差异较大,应该选择粗糙度合适的平面模型上下表面材料;灌水器流道内部流动可以忽略材料极性引力的影响,流道深度对灌水器出流的影响主要是流量系数,而对于流态指数影响极小。     

自适应地下滴灌灌水器的设计开发

针对最为节水、高效用水的地下滴灌技术,主要分析了目前地下灌水器产品的结构、使用特点和功能,并运用土一水系统中土壤水分理论知识,提出并设计了一种非电子控制的地下滴灌灌水器产品.该产品以土壤负压为控制动力,以土壤水分为控制条件,当灌水器附近土壤发生干湿变化时,土壤表现出不同大小的负压,并作用于灌水器内部的弹性膜囊,使之发生变形,从而改变灌水器内部流道的通断,使灌水器的出流状况始终与土壤含水量自动相适应,具有出流量自调节的功能.     

迷宫式滴头内流动的有限元数值分析

借助笛卡尔坐标系下时均 Navier Stokes方程 ,采用加罚有限元数值方法模拟了“圆弧型迷宫”式滴头内流动场。在数值计算的基础上 ,对滴头内流动场进行了分析。并针对防堵塞要求 ,对该滴头进一步优化设计提出了合理建议     

滴灌灌水器迷宫流道结构与水力性能实验研究

在对迷宫流道结构特征参数提取的基础上,应用快速成形制造技术制作一体化灌水器实验原型,进行了灌水器水力性能实验.应用多元线性回归拟合出了压力-流量关系式和回归曲线图,提出以梯形单元为主特征的流量与结构特征参数关系公式,通过实验验证了其可行性和准确性,建立了此种流道流量-压力-结构之间的关系,进一步分析了流道制造偏差对灌水器流量的影响,为迷宫型灌水器参数化结构设计和制造中的精度控制提供了理论依据.     

滴灌灌水器精密注塑模具设计与开发

以“塑料制品尺寸精度与模具尺寸精度的关系”理论确定模具的精度，进而以精密注塑模具的相关理论和方法进行滴灌灌水器的模具设计，并在型腔、流道、冷却水道的设计中采用严格的计算校核，最后用注射模拟软件分析模具的设计方案，避免了反复的试模与改模，缩短了设计周期，降低了生产成本。     

应用Femlab软件进行滴灌灌水器的设计

利用Femlab软件可以用偏微分方程式描述各种数学、物理与工程问题或者是多重物理量问题,并可用有限元法对其进行分析。为此,重点介绍了该软件的基本原理与应用方法,包括图形绘制、网格生成、解答器等过程,以及它在滴灌设备研发中的应用。通过该软件的使用大大提高了产品设计质量和速度,降低了制造成本。