泥沙浓度与进口压力对迷宫流道滴头堵塞的影响

为探明泥沙浓度与进口压力对内镶片式迷宫流道滴头堵塞的原因及规律,采用全组合试验方法。分选出粒径小于0.10 mm的泥沙,配制成3种泥沙浓度的浑水,分别在0.025和0.075 MPa压力下,采用周期性间歇灌水试验观测流量变化,通过激光粒度仪分析堵塞泥沙粒径,结合克里斯琴森均匀系数和滴头相对流量分析滴头堵塞规律。试验结果表明:0.025 MPa,堵塞部位分布较集中,且堵塞部位较靠管末;0.075 MPa,堵塞部位分布较分散,且均匀地分布在滴灌管上。相同泥沙浓度下,0.075 MPa压力较0.025 MPa易引起滴头堵塞;滴头堵塞程度并不完全随泥沙浓度增大而加快,部分浓度较小的浑水堵塞发展较快于浓度较大的浑水,在一定的压力下,存在易造成滴头堵塞的敏感浓度范围。     

加气对不同流道结构滴头堵塞的影响

为明确加气对滴头堵塞的影响,研究了4种不同流道结构参数的内镶贴片式滴头的流量变化和堵塞规律,分析了影响滴头堵塞的主要参数.结果表明:加气灌溉下,滴头E1～E4的毛管淤积物比未加气处理增加36％～74.65％,滴头E1～E3的流道淤积物比未加气增加10.94％～88.71％,E4则减少162.2％,加气显著影响滴头的堵塞过程(P<0.05);加气情况下,额定流量、入口栅栏面积、流道长和流道结构类型显著影响滴头堵塞,入口栅栏面积对滴头堵塞的影响最大,入口栅栏面积最大的E4滴头堵塞程度最低,入口栅栏面积较小的E1、E2和E3滴头堵塞程度相对较高;与未加气处理相比,灌溉结束时滴头E1～E3的相对流量降低20.83％～26.11％,滴头E4提高30.91％;加气滴灌滴头堵塞受入口栅栏面积的影响程度更高.加气灌溉时,应选入口栅栏面积较大的滴头,滴头宜布置在毛管顶部,避免毛管内淤积堵塞.     

施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象,采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术(SEM-EDS)和X射线衍射技术(XRD)对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析,研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明:肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素(P0.01),流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型;当施肥质量分数小于等于0.5%时,施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大,当施肥质量分数在0.5%~2.0%之间时,各肥料滴灌适用性由大到小依次为:磷肥、尿素、钾肥、复合肥,当施肥质量分数在2.0%~3.0%之间时,尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%,显著高于施加磷肥(7.85%)、钾肥(4.07%)和复合肥(2.74%);施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞,磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞,硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程,复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险,但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同,加速堵塞的风险也不同,故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。     

考虑滴头堵塞位置分布的灌水均匀度计算方法

为合理评价滴灌工程在运行过程中堵塞滴头对灌水均匀度及作物生长的影响,以克里斯琴森均匀系数为基础,建立了堵塞滴头位置分布均匀性的概念和计算方法,提出了以堵塞滴头位置分布均匀系数和滴头流量均匀系数的算术平均值为指标的灌水均匀度计算方法,并分别对比分析了毛管和灌水小区两个尺度的灌水均匀度计算结果。结果表明:与克里斯琴森均匀系数相同,考虑滴头堵塞位置分布的灌水均匀系数可以合理反映堵塞滴头数量和滴头堵塞程度对灌水均匀度的影响;同时,该评价指标还可以反映堵塞滴头的位置分布和集中程度对灌水均匀度的影响,有效地解决了克里斯琴森均匀系数仅考虑流量差异而无法正确评价集中堵塞滴头对作物供水及生长影响的问题。     

浑水泥沙粒径与含沙量对迷宫流道堵塞的影响

为客观评价浑水中泥沙特性对滴头流道堵塞的影响以及合理选择滴灌水质处理方法,采用L9（34）的正交试验设计方法,进行了浑水间歇灌水测试,并提出了以滴头平均相对流量和灌水均匀度系数作为基本参数的滴头堵塞程度综合评价方法,比较分析了压力、含沙量以及泥沙粒径等变化对滴头堵塞比例和堵塞程度的影响规律.研究结果表明：对于粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒,工作压力对流道堵塞的影响非常显著,其次为泥沙粒径;滴头堵塞程度的大小是由粒径、含沙量、工作压力三者相互耦合作用引起的,且相互之间不存在单调相关关系.在实际灌水过程中,当灌溉水中含有较多小于0.1 mm的泥沙颗粒时,应尽量滤除粒径小于0.048 mm的颗粒,并可加入分散剂,阻止细小黏粒的团聚絮凝作用,以提高滴头抗堵塞能力.     

温度对施肥滴灌系统滴头堵塞的影响

为探究不同灌水温度下水肥一体化滴灌滴头堵塞成因与过程,采用固定周期间歇滴灌的多因素完全随机试验设计方法,分别在冬、夏两个季节研究了3种不同泥沙级配浑水与3个不同施肥质量浓度组合对滴头堵塞的影响和堵塞变化过程。结果表明,灌水温度是影响滴头堵塞的重要因素,与水质交互耦合效应显著,夏季施肥和未施肥2种情况下灌溉滴头的抗堵塞性能均高于冬季,夏季有效灌水次数是冬季的1.26~1.43倍;施肥加速滴头堵塞的作用受泥沙级配和灌水温度的影响,冬季灌溉水中0.034~0.1 mm粒径粗颗粒含量越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感,夏季灌溉水中0~0.034 mm细颗粒越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感。建议灌水温度较低时,水肥一体化滴灌应控制在较低的施肥质量浓度下灌溉,适当增大次灌水时间,减少灌溉次数。     

过滤后黄河水对滴灌系统的影响

为探明黄河水经孔径为0.05 mm(300目)过滤器过滤后进行滴灌的可能性,模拟大田滴灌研究了黄河水滴灌条件下4种滴灌带(Nf0.72,Nf1.60,Nf2.20,Dy1.38)不同位置流量变化规律,滴灌系统平均相对流量Q_r与流量变异系数C_v、系统均匀度C_u变化规律及相关关系.结果表明:黄河水对滴头的堵塞早期呈快速发育状态,不同类型引黄滴灌系统平均相对流量随灌水次数的增加呈平缓下降—快速下降—平缓下降的规律,均在相对流量75%附近快速下降;滴头流量变异系数在系统运行初期线性增大,之后平缓变化,且与系统平均相对流量具有很好的线性关系(p<0.001);当系统平均相对流量Q_r大于75%时,滴灌系统克里斯琴森均匀度系数C_u与Ln Q_r呈线性关系(R²=0.790 9),因此,引黄滴灌系统可通过系统平均相对流量Q_r来判断系统均匀度C_u,以方便及时快速了解系统堵塞状况,以便对其运行管理进行决策.     

加气对滴头堵塞行为的影响

为探明加气滴灌下滴头堵塞规律及影响因素,选用4种不同特征参数(流量Q、最小断面尺寸min(W,D)和入水栅格面积M)的内镶贴片式滴头E1,E2,E3和E4,分别在加气(AI)和未加气(CK)条件下进行了滴头堵塞测试,并通过泥沙絮凝沉降试验对其结果进行了验证.结果表明:加气和滴头结构对滴头堵塞性能具有显著影响(P<0.05).加气加剧水中泥沙颗粒的絮凝沉降、加速絮凝颗粒在毛管内和流道入口的黏附、增大滴头入口发生突然堵塞风险是造成加气加剧滴头堵塞的主要原因;当选择入口尺寸较大的E4滴头时,其流道入口堵塞风险降低、流道内泥沙絮凝沉降速率减缓而表现出加气减缓滴头堵塞,而选择入口尺寸较小的E1—E3滴头时,其毛管内泥沙絮凝沉降速率增大、滴头入口堵塞风险增高而表现出加气加剧滴头堵塞.     

压力补偿式滴头结构优化及性能测试北大核心CSCD

灌水器作为滴灌系统的核心部件,其性能直接影响到滴灌系统的灌水质量和使用寿命。【目的】针对我国滴灌系统推广应用中普遍存在的灌水均匀度低、滴头易堵塞等技术问题,在对压力补偿式滴头工作原理研究的基础上,优化设计滴头的压力补偿区和流道结构。【方法】通过对比分析,选定硅胶作为弹性膜片的原材料,并确定了弹性膜片的结构参数;根据Ansys-Fluent软件模拟的不同流道结构的流场分布特点及流道不同结构参数条件下的水力性能特点,确定了滴头流道的结构形式和结构参数。【结果】通过产品试制及实测试验,研发的压力补偿式滴头的制造偏差系数为2.05%,流态指数为0.048,灌水均匀度为96.34%。【结论】结构优化的滴头的压力补偿性能好,灌水均匀度高,可在高效滴灌技术中进一步推广。     

高含沙水滴灌灌水器堵塞机制及防堵技术研究进展

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研,回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展,并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时,滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质,促进较大泥沙颗粒排出流道;灌溉水温越高,滴头抗物理堵塞性能越强;对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律,增强水流拖拽力,减小管道内泥沙淤积量。此外,施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素,确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段,选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值,优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施;采用统一的灌水试验方法,充分利用现代测试手段,结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。     

微地形影响下滴灌均匀度设计指标研究

首先对滴灌系统中田面微地形偏差、水力偏差、制造偏差三因素独立作用及共同作用下产生的滴头流量偏差率、偏差系数、均匀度的计算公式进行分析，对符合正态分布的田面局部高、滴头制造系数进行计算机模拟。并随机分配给滴头；然后借助计算机模拟计算出上述三种因素独立作用及共同作用下流量偏差率、偏差系数、均匀度等指标；最后将上述四种计算结果的500组数据。经过统计分析。确定了灌水均匀度计算公式，并建立了各均匀度参数之间的关系，分析得到的公式可直接用于滴灌系统的水力学计算。     

温室分层土壤条件下滴头流量和间距对湿润体的影响

基于温室田间土壤大多容重分层和不均匀的特点,进行了原状分层、分层筛分均质和筛分均质3种土壤对湿润体影响的对比研究。试验地土壤为粉土(中国制分类),原状分层和分层筛分均质土壤0~20 cm容重为1.44 g/cm3,20~40 cm为1.63 g/cm3,40~60 cm为1.55 g/cm3,筛分均质土壤采用0~60 cm平均容重1.54 g/cm3。滴头流量设2.7 L/h和1.4 L/h二种,滴头间距有30,50,70,100 cm四种,采用剖面法观测土壤含水率和湿润体发展。试验结果表明:①湿润体在现场原状分层土壤、分层均质和均质土壤中有很大的区别,分层筛分均质和筛分均质土壤中均为碗状原状,而分层土壤的湿润体形状在灌水量较小时为碗状,随灌水时间的延长,其形状逐渐变为椭柱体;②土壤容重分层情况对湿润锋的运移影响很大,分层土壤由于20~40 cm容重较大纵向湿润锋发展缓慢,灌水历时8 h时最大纵向湿润锋分别为27 cm和25 cm,且原状分层土壤灌水量较大时出现0 cm深度处横向湿润锋小于-7~-13 cm深度处湿润锋现象;而筛分均质土壤中纵向湿润锋明显大于分层土壤,灌水历时8 h时最大纵向湿润锋为32 cm;③原状分层土壤湿润体内平均含水率高于分层筛分均质和筛分均质土壤,但各组均高于田持,土壤含水率均匀度均在82%以上。基于这种结果,建议设计湿润比应根据温室土壤特点和设计灌水量进行现场测试确定,这样更符合实际情况。     

淹没出流条件下滴灌灌水器水力性能试验研究

在室内将3种类型的灌水器置于自制水槽中,进行了灌水器的淹没出流试验。试验结果表明:灌水器在淹没出流时的出流规律与自由出流相同,但淹没时的流量略小于对应压力下自由出流的流量,其流量变化率多在10%以内;相比之下,低压时流量变化率比高压时大,即在灌水器额定工作压力(10m)附近,淹没出流对其影响较小。统计特征表明,灌水器淹没后出流更加均匀。不同灌水器类型对淹没与否的敏感程度有所差异,微管灌水器最为明显,其次是内镶式,补偿式变化很小。升降压过程中,降压过程的淹没出流对灌水器的流量变化率均小于升压过程。     

基于激光成形技术的灌水器结构参数化试验研究

基于激光快速成形技术对灌水器矩形流道的结构对灌水器性能的影响进行了参数化研究,研究结果表明：流量与流道断面积成正相关,流量对压力的敏感程度与流道断面积成负相关;随着流道断面积的增加,流量波动性增加;流量与流道单元数成负相关,随着单元数的增加灌水器流量的波动性降低。根据试验结果,建立了灌水器流量与工作压力、流道断面积、流道单元数之间的数学模型。     

小管出流灌溉技术的研究（Ⅰ）──墓本结构与灌水技术要素

为了解决滴灌系统滴头易堵塞的难题，我们研究成功一种新型的果园节水灌溉技术──小管出流灌溉技术。本文论述了小管出流灌溉技术的基本结构、技术特点、灌水技术要素与系统的经济评价。     

新型螺旋式抗堵塞滴头研制

利用涡流原理 ,设计一种长流道螺旋式渐变水道的新型滴头。利用沿程与局部水头损失的消能和调节作用 ,保证了滴头出水有较高的均匀度 ;在流线型流道中的涡漩水流 ,形成了滴头的自冲洗和抗堵塞性能 ,配合以滴头的可拆卸设计 ,使滴头堵塞不再成为影响滴灌系统寿命和灌水质量的一大难题     

矩形迷宫式滴灌灌水器的模拟研究

利用Fluent软件对滴灌灌水器流道内流体流动进行了数值模拟,得到了流道压力图、流速矢量图。根据流道内流线变化对灌水器流道结构进行了优化设计,采用了圆弧形流道结构。通过优化前、后的速度矢量图可知:优化后的滴头流道涡旋区和低速滞止区基本消除,虽然在流道拐弯处的小部分区域内流体流动速度仍有些偏高,但是从流道整体来看,优化后的流道内主流速度分布比较均匀,且流体充满整个流道,大大提高了灌水器的抗堵塞性能。     

补偿式灌水器制造偏差分析及补偿区间的确定

对微灌用补偿式灌水器的ｑ－Ｐ曲线、制造偏差和补偿区间三个性能参数作了深入分析,对微灌灌水器标准（ＳＬ／Ｔ６７．３－９４）提出的补偿区间划分方法进行了理论分析,提出了确定补偿区间的新方法,为我国补偿式灌水器的应用和研制提供技术资料。     

预沉组合式灌水器堵塞预测与验证

充分考虑灌溉水中悬浮固体物的水力特性,利用FLUENT软件实现了灌水器微小内流场中固液两相流数值模拟,得到了悬浮固体物的运移轨迹和密度分布,以及水流场的压力和速度矢量分布结果.悬浮固体物的模拟结果为预测堵塞的位置和程度提供了直接依据,而水流场的模拟结果则有助于理解悬浮固体物的堵塞行为.为了验证模拟结果的正确性,对预沉组合式进行了灌水器试验室"短周期"强化堵塞试验,其结果与模拟结论较为吻合.综合固液两相流模拟与试验室强化试验,提出并实现了一套有效的灌水器堵塞预测方法,这对于推动滴灌技术的发展具有重要的意义.