阀门调节式比例施肥泵性能分析与试验

为探明阀门调节式比例施肥泵的工作原理及水力性能,该研究针对施肥泵的结构原理及主要性能参数进行了分析,同时还进行了其水力性能的相关试验。研究结果表明:在进出口压差一定时,随着施肥泵三通阀角度的增大,进口流量先减小后增大,在所有正常工作压力下都呈现同样的趋势。施肥比例与三通阀的水平分流比成正比,且可以实现0.07%到0.35%范围内的连续变化。在正常工况下(进出口压差在0.06～0.18MPa),三通阀角度为90°时,能量转换效率随着进出口压差的增大而增大;施肥比例稳定度为95.91%,表明施肥泵在不同进出口压差下工作时的施肥比例较为稳定。研究结果可为比例施肥泵的整体设计及优化提供指导。     

电磁阀开关模式下文丘里施肥器吸肥特性研究

水肥一体化技术是提高化肥有效利用率的重要手段之一,而基于脉宽调制的电磁阀控制模式是调节吸肥量的主要技术手段,但关于电磁阀连续开关模式下的文丘里施肥特性缺乏详细的阐述。该文在5通道的管道式在线混合的水肥一体化试验平台上,采用霍尔流量传感器测试了单一通道在0.3、0.5、1、2 s的开阀时间内瞬时吸肥量变化、不同开关阀时间下单次开关的平均吸肥量变化、不同关阀时间下10次连续开关下的平均吸肥量变化,采用脉冲修正法计算吸肥流量。试验结果表明,在电磁阀连续开关模式下,基于脉冲修正法的测量精度比基于有效脉冲数法更高,在开阀持续时间为0.3～2 s时间内,其相对误差均低于4%。在最大蓄能和放能时间内,文丘里施肥器的吸肥量随开阀时间变长而减小,随关阀时间的变长而增大。单次开关下的施肥器吸肥特性试验结果显示,施肥器的最大蓄能时间(抽真空)为10 s,而最大放能时间(吸肥量稳定的时间)为1 s。该研究可为智能变量水肥一体机设计及应用提供技术支撑。     

比例施肥泵驱动活塞受力分析及内部流动模拟与试验

为了研究比例施肥泵驱动活塞在往复运动过程中的受力情况,基于Fluent软件,通过用户自定义函数编程技术实现了相应的三维动网格模型,建立了比例施肥泵三维动态数值模拟模型,并通过实验数据对比验证了模型的可靠性。在此基础上,对施肥泵的内部流场进行了数值模拟。结果表明:所建立的数值模拟模型具有较好的准确性,模拟所得压差流量关系与试验结果基本一致,比例施肥泵流量的模拟值与试验值的最大相对误差为4.20%;模拟与试验所得活塞往复频率随压差的变化趋势基本相同,且模拟值与试验值的相对误差控制在12%之内。驱动活塞在往复运动过程中,泵内大部分流域流速较低,动能基本转变为压能驱动活塞。活塞上行运动与下行运动类似,在行程初期呈加速运动随后进行匀速运动。活塞不同表面所受到的力随压差的增大呈线性递增关系。该研究可为比例施肥泵的性能研究和结构设计提供参考。     

基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置设计与试验

为利用文丘里施肥器实现变量施肥,基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术设计了一种水肥一体化变量施肥装置,它主要由压力变送器、文丘里施肥器、脉冲电磁阀及控制器组成。通过改变PWM的占空比对脉冲电磁阀进行控制以改变文丘里施肥器进出口压力差,从而改变文丘里施肥器的吸肥量。以压力变送器检测管道入口压力,通过试验标定的方法将入口压力转化为相应的流量信息,从而获得施肥量和施肥质量分数。在多个入口压力水平下进行了试验,试验结果表明:电磁阀PWM控制的最佳频率为6 Hz;入口流量与入口压力呈线性正相关关系,决定系数为0.9936;施肥装置的最佳入口压力范围为0.15～0.25 MPa,在此压力范围内改变PWM的占空比对电磁阀进行控制,可实现施肥质量分数在1.25%～9.13%范围内可调。     

三种水力驱动比例式施肥泵吸肥性能试验

为保障微灌系统首部施肥装置选型的合理性,通过试验研究比较了3种类型水力驱动比例式施肥泵的吸肥性能,分析了影响施肥泵入口流量和吸肥量的因素。结果表明：入口流量受施肥管道两端压差影响,但受进口压力影响不大。建立了各施肥泵入口流量的回归模型,比较得出：3种施肥泵入口流量与压差关系分别符合幂函数、对数函数和二次函数关系,这主要是因为施肥泵最小工作压差和不同压差下运行性能的差异;施肥泵吸肥量受入口流量和压差影响。高压、大流量的运行工况会影响施肥泵施肥效果,施肥泵工作时入口流量最好不要超过设计流量,施肥比例较小时入口流量更不能过大。在分析吸肥量影响因素的基础上,建立了施肥泵吸肥量的回归模型,可用于吸肥量的估算;同时,研究发现3种施肥泵基本按照所设施肥比例施肥,但稍有差异、精度不一。     

SSQ系列射流施肥器水力性能试验研究

基于农业生产中水肥一体化技术的施肥要求,该研究对国内常用的SSQ系列射流施肥器进行了性能测试。以吸肥量、进出口压差等指标为研究目标进行了施肥器水力性能的分析和预测,推导了SSQ系列射流施肥器开始吸肥和吸肥效率最高时进出口压差与进口压力的关系公式。结果表明:在正常工作阶段,SSQ系列射流施肥器的吸肥量随进出口压差的增加而增大,在空化条件下达到极限工况;8种不同规格施肥器在进口压力超过0.20 MPa时才能充分发挥吸肥性能;正常工作阶段临界压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的误差小于15%,斜率的大小主要受喉管截面和喷嘴出口截面的面积比影响;效率最高时进出口压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的平均相对误差为17%,验证了该关系公式的合理性。该文提出的SSQ系列射流施肥器水力性能预测公式可为同类产品的设计和应用提供参考。     

考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度计算方法

压差施肥罐在中国的水肥一体化中得到了十分广泛的应用。该研究基于含源项的肥料输移扩散连续方程推导了考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度变化的理论公式,并通过参数描述肥料溶解过程对压差施肥罐出口肥液浓度变化的影响。通过与试验数据对比,理论公式计算的无量纲出口肥液浓度平均绝对偏差、均方差、几何平均偏差、几何方差和两倍偏差之间的预测分数的平均值分别为0.04、0.06、0.89、1.19和88.26%,验证了理论公式对出口肥液浓度计算的准确性。当参数取特定值时,理论公式可以转化为目前广泛应用的无量纲出口肥液浓度压差施肥罐出口肥液浓度的负指数公式。在此基础上,当罐内肥液浓度持续饱和且有充足的肥料可供长期溶解施肥时,考虑肥料溶解过程的均匀施肥方法被进一步探讨。该研究提出的考虑肥料溶解的压差施肥罐出口肥液浓度的计算方法可以实现压差施肥罐出口肥液浓度的准确预测,为考虑肥料溶解的均匀施肥提供可行方案。     

微灌用施肥泵施肥比例与肥水比对过滤器堵塞的影响

为研究微灌用施肥泵施肥比例与肥水比对过滤器堵塞的影响,该文以叠片和网式过滤器为研究对象,结合比例式施肥泵的施肥特点及性能,通过调节不同施肥比例(2%、3%和4%)与吸入的肥水比(1∶4、1∶5和1∶6)对过滤器在施肥条件下的水头损失、总过水流量及滤网(芯)附着物质量进行分析。结果表明:网式和叠片式过滤器对出口肥液浓度的使用范围不一致,网式过滤器适用于肥液平均浓度在0.117%以下,叠片式过滤器适用于肥液平均浓度在0.067%以下。随着肥液浓度的增大,滤网表面附着物质量差异不显著,滤芯叠片上附着物质量差异显著,最大附着物质量是最小附着物质量的11.4倍;叠片式过滤器抗堵塞性能远远优于网式过滤器,当肥液平均浓度最大为0.296%时,叠片滤芯附着物质量是网式滤网质量的4.75倍,总过水量比网式过滤器大0.1 m~3/h。研究可为水肥一体滴灌设备技术的推广和应用提供依据。     

棉花膜下滴灌比例混合变量施肥系统的研发

根据膜下滴灌棉田水肥管理的要求,在建立施肥模型和施肥方案的基础上,研发适用于大田棉花膜下滴灌的比例混合变量施肥系统,该系统可通过计算机程序控制（CPC）、单板机时序控制（PLC）和遥控控制（RC）等三种方法,实现变量控制施肥,控制部分可在24 V的电压下工作,施肥器通过水流驱动无需动力,实现提高肥料利用率10%以上。     

微灌用水动活塞式施肥泵研制

灌溉施肥装置是实现农业灌水施肥自动化不可缺少的设备,施肥装置的研制也一直是灌溉施肥领域的一个热点。该文在综述微灌用施肥装置的类型以及国内外的研发现状基础上,重点介绍了研制开发的水动活塞式施肥泵结构、工作原理,并测定了其工作性能。结果表明：新开发的水动活塞式施肥泵具有启动工作压力低、吸肥效率较高等特点,具有较广阔的推广应用前景。     

国内外施肥机械的发展概况及需求分析

肥料是农业生产的基础物资,施肥机械是合理施用肥料的基本手段。本文分析了国外固体肥料施用机械的原理与发展情况,包括离心圆盘式撒肥机、桨叶式撒肥机、锤片式撒肥机、液体肥料施肥机械、变量施肥机械、灌溉施肥机械的发展应用情况,指出了大型化、智能化是目前国际施肥机械的发展方向。本文还分析了我国施肥机械的发展情况,我国除撒肥机外,很少有专用的施肥机械,播种施肥机在我国发展很快,主要有两大类,一类是圆盘式小麦播种施肥机,另一类是玉米播种施肥机。近年来灌溉施肥机械在我国发展很快,但使用较少。由于我国农业高度分散和高强度开发,施肥机械的研制难度大、成果转化率低。根据我国农业的发展趋势,提高肥料利用率、减少肥料损失的施肥机械是发展的重点,主要需求有肥料深施机械、追肥机械、变量施肥机械、近根施肥机械和液体肥料施肥机械等。     

基于CFD的射流自吸泵性能优化与试验

为提高射流自吸泵效率,该文选择关键结构参数射流器喉管直径、射流器出口直径、叶轮出口宽度和叶片数作为目标因素,设计四因素三水平正交试验,共9组试验。运用数值分析软件提供的湍流模型对各方案进行数值计算。通过极差分析确定性能最优参数组合,其中对效率影响最主要因素为喉管直径。以喉管直径为优化目标设计单一变量试验,分别在小流量点、额定流量点及大流量点进行数值计算,通过数据拟合得到正交试验最优参数组合在不同流量下以喉管直径为自变量的扬程、效率方程式,运用极值运算及加权平均得到最优喉管直径。试验结果表明:相比原型泵,优化模型在额定流量点效率提高约5%。该研究为同类泵的优化提供了一种较可靠的试验设计及数据处理方法。     

轴流泵多工况优化设计及效果分析

为了提高轴流泵非设计工况的运行效率,拓宽轴流泵高效区范围,对轴流泵进行多工况优化设计。结合轴流泵段的模型试验,采用数值模拟手段和数值优化技术,改变叶轮的几何设计参数。对轴流泵叶片进行参数化建模,再对轴流泵叶轮结果进行泵段数值模拟。最后以轴流泵段3个流量工况点的加权平均效率最高,扬程为约束条件,改变轴流泵叶轮的设计参数,对轴流泵段进行多工况优化设计。研究结果表明:优化后轴流泵段效率曲线较初始泵段明显变宽,其中小流量工况点效率提高约2.6%,设计工况点效率提高约0.5%,大流量工况点效率提高最多,约7.4%,而对于扬程变化范围较小,各工况点扬程均能满足运行要求,大大降低了运行成本,缩短了优化设计的周期。同时采用CFD计算的学科分析方式,结合试验研究的手段取代人工凭经验的优化方式,证实了轴流泵段多工况优化设计的可靠性、高效性。该研究将为泵站的高效运行和轴流泵的多工况优化设计提供参考。     

利用"3414"试验设计进行水稻测土配方施肥研究

利用"3414"试验设计,对黑龙江省肇源县水稻施肥问题进行研究,摸清了不同肥力水平土壤的施肥参数,提出了肥料效应函数模型,建立了土壤养分丰缺指标,获得了显著经济效益.     

自由活塞发动机的活塞运动规律优化与试验

为了提高四冲程、点燃式自由活塞发动机系统的输出效率,该文在分析其工作原理的基础上,设定边界约束和路径约束,建立了活塞运动规律优化模型。基于系统工作过程中活塞分阶段运行的特性,采用高斯伪谱法离散状态与控制变量,将活塞运动规律优化问题离散化为非线性规划问题,并结合序列二次规划算法求解最优化问题。仿真结果表明:采用分阶段的电磁力作用规律,优化活塞位移与速度曲线,可提高缸内气体对外做功能力与降低传热损失,使系统指示效率由41.0%增加到45.3%。同时由试验验证了所提出方案的可行性与有效性,试验中系统发电效率由28.8%提升到31.2%,系统性能明显提升。该文对此类动力装置的后续研究提供了参考。     

潜水磨碎泵磨碎装置的优化设计与试验

为了提高无堵塞磨碎泵的水力性能及改善磨碎效果,在分析影响无阻塞潜水磨碎泵水力性能和磨碎效果的主要几何因素的基础上建立无阻塞潜水磨碎泵的优化方案,结合无堵塞潜水磨碎泵的使用特点,通过数值模拟软件ANSYS-CFX对无阻塞潜水磨碎泵优化方案进行模拟计算及改进,并通过样机试验对CFD模拟结果进行试验验证,结果表明:磨碎泵动刀盘刀头数目是影响泵水力性能的最主要因素,在保证磨碎效果的前提下,应尽量选用较少的刀头数目;动静刀盘间隙对泵外特性的影响是仅次于动刀盘刀头数目,随着间隙的减小,磨碎泵的水力性能下降明显,但磨碎泵的无过载性能有所提升。经综合分析,GSP-22型磨碎泵动刀盘刀头数目为2和动静刀盘间隙为1.5 mm时最优,同时兼顾了磨碎泵的水力性能和磨碎效果,为磨碎泵的优化设计提供参考指导。     

烟草栽培中土壤适宜含水率及施肥模型

该研究以提供优质烟叶生产的量化施肥模型,防止化肥的过量使用从而造成的环境污染及烟叶品质下降为目的,通过盆栽试验建立了氮磷钾肥及水分这4因子与产值的关系模型,对各因子之间的交互作用进行了分析,对模型进行了优化,并对供试土壤基础肥力的贡献率进行了计算,以此为基础建立了氮磷钾的施肥模型,并对所建模型进行了大田试验的验证。结果表明,盆栽试验适宜的施氮量为每株4.85～5.45 g纯氮,施磷量为P2O5每株7.68～8.64 g,施钾量为K2O每株16.17～17.95 g,土壤相对含水率为75.8%～80.5%。施肥模型推荐的氮磷钾肥施用量分别为39.30～44.16 kg/hm²,64.30～72.34 kg/hm²,232.77～258.41 kg/hm²,与大田试验的最佳施肥量纯氮（42.86±7.49）kg/hm²,P2O5为（65.09± 12.58）kg/hm²,K2O为（242.68±8.69）kg/hm²的结果大致相同。