PWM变量喷雾喷头流量模型

基于脉宽调制(PWM)的变量喷雾控制中,尤其对喷头进行独立控制时,喷头流量模型不可或缺。设计了能够精确控制喷雾压力,便捷设定PWM参数的试验平台,并使用该平台进行了二次回归正交试验,针对TEEJET AITXA 8002型、8003型和8004型喷头分别建立了喷头流量模型。参数检验和失拟检验表明喷头流量模型合适。模型普适性试验表明,8002型喷头模型最大相对误差为7.05%,最小相对误差为0.14%;8003型喷头模型最大相对误差为7.27%,最小相对误差为0.31%;8004型喷头模型最大相对误差为7.94%,最小相对误差为0.71%;模型计算流量和实际测量流量具有很好的一致性。     

平移式喷灌机同步行走控制雨量分布仿真

通过单喷头雨量分布室内试验,获取雨量分布信息及出水轨迹信息.利用三维建模、粒子系统等虚拟现实技术,结合实际的雨量分布数据及出水轨迹,模拟出喷头喷洒水雾的三维动态模型.研究喷灌机各跨同步行走时前进方向喷灌雨量分布均匀性,实现前进速度的最优化.分析喷头配置间距和喷头高度对横向灌溉均匀度的影响,优化平移式喷灌机喷头配置.在进行单喷头雨量分布室内试验的基础上,建立了雨量分布仿真模型.仿真结果和现场试验表明：改变驱动电机的频率可以实现纵向的变量灌溉,横向的灌溉均匀度取决于喷头的型号和压力,田间与仿真试验得到的水分分布数据最大相对误差为3.39%,证明仿真模型的可信度.为平移式喷灌机同步行走控制条件下变量控制对灌溉效果的影响和优化研究提供了手段.     

圆形PWM变量喷灌机喷灌特性的仿真研究

变量喷灌(Variable Rate Irrigation,VRI)是精准农业的一个重要分支,目前的发展方向是单喷头变量喷灌(Individual Sprinklers VRI,IS-VRI),即每个喷头均采用脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)变量技术控制水量。为此,通过分析面向IS-VRI应用的圆形PWM变量喷灌机在喷灌过程中水量累积的过程后,数值仿真研究了PWM脉冲占空比、PWM脉冲周期、喷灌机行进角速度及喷头离围转中心距离4个参数对喷灌均匀性及喷灌水深误差的影响规律。采用Nelson R3000喷头的圆形PWM变量喷灌机数值仿真结果表明:喷灌水深与喷灌机行进角速度和喷头离围转中心距离成反比,与PWM脉冲占空比成正比,与PWM周期存在较弱的负相关关系; PWM周期和喷灌机行进角速度越小,喷灌均匀性越好,当PWM周期取10s或行进角速度取1(°)/min时,径向和周向克里斯琴森均匀系数均可达到75%和80%以上;喷灌水深误差主要出现在喷灌机中间段的径向水深误差上,约为8%,其余误差均在5%以下,水深误差可以通过调整PWM脉冲占空比补偿消除。     

非圆形喷洒域变量施水精确灌溉喷头综述

在分析传统圆形和扇形喷洒域喷头存在主要问题和总结国内外非圆形喷洒域变量施水精确灌溉喷头研究进展及实现方法的基础上，指出了国内研究和应用中存在的主要问题，并提出了在今后发展中应尽快开发园林景观用地埋式非圆形喷洒域变量施水喷头的建议。     

出口可调式变量喷头喷灌均匀性

以喷洒域形状和水量分布均匀性为指标研究变量喷头的喷灌均匀性,分析了影响PY2系列喷头射程和水量分布的关键因素,得知改变单一参数的变量喷头喷灌均匀性较差.为提高变量喷头的灌溉均匀性,设计了出口可调式的变喷洒域喷头,使用流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口调节机构改变喷头出口面积,通过出口面积和喷头工作压力的同步调节实现均匀喷洒.测试了出口可调式变量喷头的水力性能,对比了圆形喷嘴变量喷头和出口可调式变量喷头水量分布,出口可调式变量喷头不同射程处喷灌强度相近,喷洒性能优于圆形喷嘴变量喷头.计算了变量喷头的方形喷洒域系数和不同间距下的组合灌溉均匀性,结果显示BPY20变量喷头的方形喷洒域系数为97.8%,最佳组合间距为1.66,组合灌溉均匀性为75.4%;BPY30变量喷头的方形喷洒域系数为91.5%,最佳组合间距为1.69,组合灌溉均匀性为77.2%.     

电动平移式喷灌机的行走同步控制与仿真研究

在传统试验中,大型平移式喷灌机在操作的过程中会受到很多因素限制,导致浪费的情况十分普遍。文章主要对电动平移喷灌机行走同步控制与仿真进行了研究,并对此作出了深入探讨,提出见解,对今后的研究具有一定的参考意义。     

精确灌溉喷头变量调节器结构参数设计

为使喷头能根据灌溉面积形状变化的要求实现喷洒域和喷洒量同步可控,提出一种精确灌溉喷头变量喷洒调节器的设计.该变量调节器采用上阻水片和下阻水片式结构,上下阻水片由中央通孔和扇形通孔及扇形阻水片组成.喷头转动时上阻水片和下阻水片发生相对转动,导通时过水面积增大,射程增加,封闭时过水面积减小,射程降低.设计了使喷头能量损失达到最小的扇形通孔中心角及中央通孔等的结构参数.采用水流运动的局部阻力理论设计了变量调节器的上下阻水片中央通孔的直径.结果表明:研究的变量调节器过水通孔的结构和参数可以保证过水断面阻力损失最小,通过射程及水量分布试验,发现其射程周线由圆形变为近似方形,射程最大时基本能达到原喷头射程,水量分布较为均匀,能够满足喷头流量和射程的变化规律按需求控制,实现喷头的变量喷洒精确灌溉.     

大型平移式喷灌机分布式级联协同导航控制方法

针对大型平移式喷灌机协同导航控制系统中存在的易偏离导航路径、跨间行走协同性差、喷灌均匀性不高等问题,提出了一种分布式级联协同导航控制方法。该方法在建立大型喷灌机多塔车运动学模型的基础上,结合状态反馈和PID控制,设计了主塔车为主机的路径导航控制算法以及子塔车为从机的级联同步跟随控制算法。并设计了基于该方法的协同导航控制系统,通过双天线RTK定位模块获得各塔车的实时姿态,通过变频调速技术实现各塔车运动姿态的控制。完成了变频控制的大型喷灌机设计,在河南省许昌市试验基地进行了协同导航试验。试验结果表明,喷灌机以不同速度协同导航行走时,主塔车最大横向偏差不大于3.26cm,最大航向偏差不大于1.65°;子塔车最大同步偏差不大于13.07cm,满足田间自主作业要求。     

基于开环控制的变量喷头组合喷灌试验

构建了基于开环控制策略的方形域喷灌系统,以喷头转速一致为评价指标,采用逐级计算方法对管路进行水力计算,以优化方形域喷头组合喷灌配置模式。试验研究了单喷头的水力性能,依据单喷头水量分布对喷头组合喷灌均匀性进行了仿真。通过与2喷头组合喷灌试验对比获得以下结论:在实验室条件下对方形域喷头进行仿真计算获得的均匀度数据与组合试验结果基本一致,因此可通过仿真试验研究变量喷头组合喷灌均匀性;基于S800喷头的方形域组合喷灌,其平均喷灌强度为2.8mm/h,组合喷灌均匀度达77%,达到《喷灌工程技术规范》规定的定喷系统均匀系数不低于75%的要求。     

大型喷灌机喷头PWM变量脉冲的实现

独立喷头变量喷灌(IS-VRI)能够实现更精细化的地块管理,提高水资源利用率.目前,针对IS-VRI的研究多集中于流量分配及分解算法,考虑分配和分解结果的具体执行,给出了对大型喷灌机上众多喷头进行独立PWM变量控制的具体实现.首先,结合大型变量喷灌机存在的复杂解算与实时控制并存、受控电磁阀分布跨度大且数量多,以及行走约...     

基于Fluent卷盘式喷灌机喷头内部流场分析

为了了解喷头内部流场的变化情况,根据计算流体力学的基本理论,运用Fluent软件对卷盘式喷灌机喷头内部流场进行了仿真。对在相同压力下不同规格型号的喷头以及相同规格型号的喷头在不同工作压力下的内部流场进行了分析,通过该仿真分析可直观了解在不同条件下,喷头内部流场的分布情况和变化趋势。因此对喷头内部流场的仿真分析在喷头设计或选型中都起着积极作用。     

恒压喷灌系统喷洒水特性变化规律的试验研究

针对恒压喷灌系统压力变化的特性,通过试验得到了在不同工作压力及压力的周期变化情况下,ZY-1、ZY-2型喷头组合喷灌强度及均匀度的变化规律。结果表明,不同工作压力下,平均喷灌强度及组合均匀度与压力之间基本成线性关系;在一定的压力变幅下,系统压力的周期变化对平均喷灌强度及组合均匀度的影响较小,在压力周期不变的情况下,不同...     

动态水压坡地喷灌水量分布特性与均匀度研究

针对坡地喷灌水量分布不均匀、灌溉质量较低的问题,将动态水压供水技术引入坡地喷灌,以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,分析了动态水压喷灌对喷头流量、射程、喷洒湿润面积、单喷头水量分布和组合喷头水量分布及均匀度的影响。结果表明:对于单喷头而言,采用动态水压喷灌的上下坡射程差在2.3 m左右,动压参数中动压振幅对射程影响较显著,动压喷灌时,振幅建议采用喷头正常工作压力范围内的较大值;单喷头水量分布均匀度在56%左右,动态水压参数对单喷头水量分布和喷灌均匀度影响不显著。在组合喷头的情况下,采用正三角形和矩形布置的均匀度高于正方形布置,其中采用矩形布置喷灌质量最佳。综合考虑工程投资、水量分布以及均匀度,动态水压喷灌时,当喷头采用三角形布置方式时,建议喷头间距为1.0～1.2R(R是喷头平地射程),当喷头采用矩形布置方式时,坡向间距宜采用0.6～0.8R,垂直坡向间距宜采用1.0～1.2R。     

喷灌分布均匀系数研究

为突出局部灌溉不足或灌溉过量对均匀性的影响程度,提出了基于几何平均数分布均匀系数的概念,将其定义为部分测点水深几何平均值与所有测点算术平均值的比值。并根据部分测点水深数据的提取方法不同,分为1/4低值、1/4高值、1/2低值和1/2高值分布均匀系数。用MATLAB和VC~ 语言编制了可以实现上述分布均匀系数计算的软件"SIUEW1.0"。结果初步证明:基于几何平均数的乘法模型要比基于算术平均数的加法模型更加突出了部分低(或高)于平均值的测点水深数据对均匀系数的影响程度,因此更适用于时局部灌溉不足或过量灌溉有严格控制要求地块的灌溉均匀性评价;无论高值和低值,取点数越少,均匀性的评价结果越差。     

井灌区喷灌管路系统的效率分析

就井灌区低压管道输水灌溉工程改造成喷灌工程后 ,对影响喷灌管路系统效率的因素进行了分析 ,给出了其管路系统效率的计算公式。最后探讨了提高喷灌管路系统效率的途径     

固定式太阳能喷灌系统喷洒水滴动能分布的研究

[目的]提高太阳能喷灌系统水力性能的稳定性和能量转换效率.[方法]采用激光雨滴谱仪测量技术,对225.7～1 145 W/m2之间不同光照强度下的固定式太阳能喷灌系统水力特性参数进行试验研究,分析了单个水滴动能、单位体积水滴动能及动能强度等参数的分布规律,并提出了系统能量转换效率的测量及计算方法.[结果]光照强度对单个...     

平移式喷灌机组行走速率对喷灌均匀性影响

为研究低压喷灌下喷灌机行、止速率比的合理取值,以自行研制的轻小型移动式喷灌机组为研究对象,通过室内组合喷头试验,探究行、止速率比与喷灌均匀性和喷灌强度的关系。通过spss软件进行方差分析,并采用多重比较分析法,进行差异显著性分析。结果表明:在工作压力为0.07 MPa情况下,行、止速率比对喷灌均匀性系数没有显著性影响,对喷灌强度具有显著性影响。当行、止速率比为45%时,喷灌均匀性系数在85%以上,同时喷灌强度为20.5mm/h,增大行、止速率比可小幅度的增大喷灌强度,60%的行、止速率比下喷灌强度为21.1mm/h,在90%时略有下降,达到19.97mm/h。喷灌强度基本趋于一致,可满足喷灌要求。     

流道出射角对单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性的影响

为探索单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性与流道出射角之间的关系,以Nelson D3000型蓝色喷盘为本体,设计7个不同流道出射角(-45°、-30°、-15°、0°、15°、30°、45°)的喷盘,测试并分析了50kPa压力下的实际射流出射角和单流道水量分布,模拟了单喷头水量分布和3.0m喷头间距下的组合水量分布,并计算出组合均匀性系数。结果表明,实际射流出射角略大于喷盘流道出射角。当流道出射角由-45°增至15°时,射程增大2m,单流道径向点喷灌强度最大值降低59%,径向湿润范围增加91.94%,垂直于径向的水量分布更均匀,且单喷头喷灌强度峰值减小,组合喷灌强度最大值下降;但流道出射角继续增至45°,各水量分布反而不均。流道出射角为15°喷头的单流道水量分布、单喷头水量分布和组合喷头水量分布较好。组合均匀性系数随流道出射角的增加呈先增大后减小的变化趋势。     

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。