喷头导流器位置参数的计算及其对喷头性能影响

为了准确调节喷头导流器的位置,分析了垂直摇臂式喷头叶片式导流器在水射流中的运动过程,计算了导流器与摇臂转动轴间的距离、导流器中心线偏移射流中心的角度、导流器直叶片与射流中心线的夹角等3个参数各自的关系式。采用二次回归正交组合试验研究了导流器的位置参数对喷头的摇臂频率、步进角度和喷灌均匀度的影响规律。结果表明:影响摇臂频率的主次顺序依次为导流器偏移射流中心的角度、导流器直叶片与射流中心线的夹角和导流器与摇臂转轴之间的距离;影响步进角度主次顺序依次为导流器偏移射流中心的角度、导流器与摇臂转轴之间的距离和导流器直叶片与射流中心线的夹角。摇臂频率随着导流器与摇臂转轴之间的距离增大而减小,导流器偏移射流中心的角度和导流器直叶片与射流中心线夹角增大而增大;喷头的步进角度随着三者的增大而减小。优化之后导流器的位置参数分别为:导流器与摇臂转轴之间的距离为273 mm、导流器偏移射流中心的角度为4°、导流器直叶片与射流中心线的夹角为13°。导流器位置参数优化之后,喷头的水量分布更加合理;且随着组合间距的增加,优化之后的喷灌均匀度要大大高于优化之前。该研究可为垂直摇臂式喷头的设计及优化布置提供参考。     

轻小型喷灌机组相邻喷头工作压力差对喷灌均匀性的影响

轻小型喷灌机组实际应用时由于地势变化、水力损失等因素影响相邻喷头间会存在一定的工作压力差,影响组合喷灌均匀性。故选取灌水均匀系数Cu和分布均匀系数Du作为评价指标,研究喷头工作压力与相邻喷头工作压力差对喷灌均匀性的影响规律。以摇臂式喷头10PY为例,通过试验分析当喷头工作压力取3个水平(0.22、0.25、0.28 MPa)、相邻喷头喷灌工作压力差取5个水平(0、0.01、0.02、0.03、0.04 MPa)时的喷灌均匀性及水量分布。结果表明,相邻喷头间工作压力差对喷灌均匀系数和分布均匀系数的影响会因喷头工作压力等级而异,低压条件这种影响对相邻喷头间工作压力差越敏感; 0.25 MPa下组合喷灌均匀性最稳定;相邻喷头间工作压力差的存在会使灌溉水深高值区向下游移动;分布均匀系数Du更能反映相邻工作压力差对灌溉水量低值区的影响,不同工况下分布均匀系数Du最大偏差为8.2%。上述结论能为轻小型喷灌机的优化配置与运行提供一定的参考。     

轻小型喷灌机组能耗计算与评价方法

为客观评价轻小型喷灌机组的能量消耗,应用水力机械能效计算基本方法,根据喷灌机组构成特点与运行特性,推导出喷灌机组与水泵的能耗计算公式,确定喷灌机组能耗评价指标与方法.借鉴多孔出流管道水力计算方法,采用退步法进行输水管道水力计算,应用迭代法求解喷头的流量和压力,提出喷灌机组水力计算步骤与方法.实例分析表明计算与评价方法简单实用、计算方便,进行喷灌机组能耗分析与评价具有可比性、可操作性和可靠性强的特点,计算与评价结果符合喷灌机组工程实际.研究结果能够为水泵的合理选型、管路装置优化配置与设计及喷灌机组产品的开发提供理论依据,对于提高喷灌机组装置效率、降低运行能耗,具有重要的理论意义和实用价值.     

不同指标轻小型喷灌机组配置优化

为探究配置方式对喷灌机组整体性能的影响,明晰不同配置方式的特点,在前期调研的基础上,以轻小型灌溉机组4.4CP-45为例,分别以单位面积上资源消耗,如机组能耗、年费用及使用年限内总费用等为评价指标,结合实际使用配置方式,采用遗传算法,讨论平坡条件下配置不同喷头10PXH、15PY、20PY及40PY时的喷头数及管径等最优组合方式,并对每种配置方式的适用范围进行分析。研究结果表明,通过3个优化目标下机组最优配置方式的对比,较好地反映出每种配置方式的优劣,与实际使用方式吻合较好。配置40PY 喷头时,机组单位能耗高,但年费用很低,适于抗旱或大田作物的灌溉;配置15PY 喷头时,优化配置下的机组能耗比初始配置时降低7.3%,比配置20PY降低8.3%,同时各项费用都比较低,灌溉均匀性高,但移动时劳动强度较大,适于经济作物或植物幼苗的灌溉;配置20PY喷头时,机组总费用最低,为6284.8元/hm2,比初始配置降低15.4%。所有配置方式下能耗费、运行费分别占据机组年费用及总费用的主要部分,有必要通过配置优化或采用中低压喷头、改善管理以降低系统能耗。该研究可以为机组的合理设计、喷头选择及应用推广提供参考。     

微灌系统过滤装置优化选型与配置

为降低微灌过滤装置造价与运行费用,根据微灌系统过滤器组合形式与工作特性,以年费用最小为目标,建立了单体过滤器优化选型与单级组合过滤装置优化配置的数学模型,提出微灌系统过滤装置优化选型与配置的步骤与方法。算例分析表明优化选型与配置方法简便实用,所需计算参数少,易于获得最优解。单体过滤器优化选型算例的年费用降低41.5%,单级组合过滤装置优化配置算例的年费用可降低53.0%或21.2%,有效地降低了过滤装置的年费用。该文研究结果能够为微灌系统过滤装置优化与产品的研发与生产提供依据,对于降低微灌工程的造价与运行费用,促进微灌技术的发展,具有重要的参考和实用价值。     

摇臂式喷头稳流器结构参数正交试验

喷头中稳流器的作用是阻断喷管中的横向环流,消除二次流使水流平稳顺直,从而降低水流湍流程度、提高喷头出口速度的均匀性,达到增加射程的目的。在喷头设计中,对稳流器的考虑主要有三方面:稳流器形式、稳流器的长度及稳流器的安放位置。以Nelson公司的SR100喷头为例,以喷头的出口湍动能和流量作为考核指标,采用三因素三水平的正交设计,通过数值模拟,分析得到稳流器结构参数对喷头出口湍动能和流量的影响规律。研究结果表明,喷头内部安装稳流器能有效降低喷头出口水流的湍流程度,但会稍微降低喷头的流量;稳流器三因素中稳流器形式对喷头出口湍动能影响最大,长度次之,安放位置最小;对喷头流量的影响顺序依次为稳流器形式,安放位置和稳流器长度;筋片形稳流器的效果最好,稳流器的长度最好与喷管的长度相等。     

自吸泵自吸过程瞬态流动的数值模拟

为研究自吸泵的瞬态气液两相流动过程,应用VOF多相流模型并结合滑移网格技术,采用标准k-ε湍流模型,以泵的进口速度实测值为边界条件,对型号为65ZB-40C的外混式自吸泵自吸瞬态过程内部流场进行了数值模拟.将叶轮分为8个区域,将蜗壳划分为10个断面并设定监测点,分析自吸过程中自吸泵叶轮各区域、蜗壳各断面监测点及其他关键监测面的压力、体积含气率及速度的变化过程.结果表明:在自吸初期和末期,泵内部多数区域压力和体积含气率存在着一个迅速变化过程,叶轮进口、蜗壳各断面、回流孔及气液分离室进口处的速度在自吸初期存在振荡,表现出明显的瞬态效应.所采用的模拟方法能够对自吸泵自吸过程各参数进行初步预测,研究结果对于自吸泵的自吸过程内部流动特性进一步研究具有一定的参考价值.     

轻小型移动喷灌机组低能耗遗传算法优化设计

合理配置与优化设计喷灌机组有助于实现机组装置效率最大化,有效降低能量消耗。以能耗最小为目标,以水泵-管路运行工况、喷头最小工作压力和喷头压力极差率为约束条件,以喷头配置数量、管道直径和末端喷头压力为决策变量,建立轻小型移动喷灌机组优化数学模型,提出基于遗传算法的优化设计方法。在满足喷灌设计参数条件下,模型与算法能够优化喷头数量、管道直径,还能够对系统流量、压力、效率、单位能耗等工作参数进行计算与设计,同时保证水泵与管路同在优化的工况下工作,算例分析表明优化后机组的能耗降低14.2%。只需输入设计要求的已知条件,算法程序就能自行运算出优化结果,运算结果稳定可靠、求解速度快、精度高,具有良好的通用性和实用性。     

江苏省节水灌溉技术发展现状及趋势

在分析当今国内外节水灌溉技术发展形势的基础上,针对目前江苏省节水灌溉发展中面临的挑战,结合江苏省经济水平、地理条件等因素,对江苏省节水灌溉技术的发展趋势进行了初步探讨。分析表明:江苏省工程节水措施的覆盖面总体偏低,先进节水灌溉技术急需推广;土地适度规模经营催生新的灌溉模式。研究得出:在解决好淮北地区大田作物灌溉的同时,在前期调研的基础上,需逐步提高节水灌溉工程建设的标准,重点抓好经济作物的喷微灌工程建设,重视劣质水灌溉技术的合理应用;注重加强灌溉人员的技术培训,创新灌溉用水管理形式;灌溉技术的科研亟待深入,喷头产品的研发、灌水器节水机理等方面的研究应受到重视。     

轻小型喷滴灌两用机组管路的优化配置及性能试验

为解决现有机组配置不尽合理、能耗高的问题,设计研发一种轻小型喷滴灌两用机组,可实现喷灌和滴灌2种灌水方式。机组采用喷滴灌双工况泵50ZB-25C,配置灌水器为双喷嘴摇臂式喷头15PY2及额定流量为2.7 L/h的内镶式滴灌管。采用理论计算与试验验证相结合的方法,对机组运行参数及田间水量分布特性进行了分析。在理论分析中,应用遗传算法,以低能耗、高效率为目标进行管路的优化配置并计算机组运行参数,确定机组配置7个15PY2喷头及34条滴灌管时为最佳配置,与单一(额定)工况相比,能耗降低9.4%。在最佳配置下进行室外试验,结果表明,机组运行参数试验值与理论计算值相吻合,相对误差仅为1.08%~2.40%,主要受风速及地形坡度影响。机组喷灌均匀系数可达80.0%,滴灌均匀系数达93.6%,均高于国家标准,机组性能优越。