黄土丘陵沟壑区三种不同植被土壤水分动态及蒸散耗水规律研究

通过连续5a定点观测流域土壤水分、气象要素等资料,利用水量供耗平衡原理,分析了该区域3种不同植被类型阶段储水量、耗水量和耗水规律.结果表明:天然次生林年耗水量最少,为487.8 mm,玉米次之,为519.65mm;苹果最大,为540.7 mm;从不同类型土壤储水量分析表明:在阴坡生长的天然次生林处于充分供水状态,年耗水量稳定在500 mm左右;而玉米和苹果树全生育期内大部分月份都处在土壤水分亏缺状态,耗水量年变差较大,其年最大耗水量之差分别达240 mm和140.7 mm,当作物在土壤水分亏缺状态下生长时耗水量较小;年耗水量与当年降雨量关系不显著,而与降雨时间分布较为密切.     

积灰和光照强度对光伏组件输出功率的影响

针对农业光伏设备积灰严重导致发电量降低的问题,该文采用人工布灰的室内试验方式,利用太阳能全自动模拟跟踪装置,研究灰尘粒径、积灰密度和光照强度对光伏组件输出功率的影响规律,建立了输出功率减小率预测模型,并在室外自然光照下进行模型验证。结果表明:光伏组件输出功率减少率随积灰密度的增大而增大,但增长速度逐渐变缓;当积灰密度相同时,光伏组件输出功率减小率随灰尘粒径的增大而减小,当光照强度为18 300 lux、积灰密度为10 g/m2时,0～38、38～75、75～110和110～150μm粒径组对应输出功率减小率分别为15.96%、12.51%、8.16%和5.39%。双因素方差分析结果表明,灰尘粒径、积灰密度及两者交互作用对输出功率减小率影响显著,光照强度对输出功率减小率影响不显著。通过理论分析,提出了基于遮挡效果相同的不同颗粒级配灰尘的等效粒径的概念和计算公式,进一步利用多项式拟合,建立了光伏组件输出功率减小率随积灰密度和等效粒径变化的计算模型(R2=0.986)。利用太阳能水肥一体化装置对计算模型进行验证,误差绝对值均小于1.5%,表明模型具有很好的实际应用价值。该模型可为光伏农业设备中供电系统的优化配置提供设计依据。     

硅藻土微孔陶瓷灌水器水力性能研究

灌水器是渗灌系统的重要组成部分。针对硅藻土微孔陶瓷灌水器,测试了其在干燥状态和浸泡饱水状态下的压力流量特征;将渭河天然泥沙经140目筛子筛分(d≤300μm)后,配置成3种含沙量的浑水,对灌水器进行短周期灌水试验;用0.75 g/L的浑水进行灌水方法试验和灌水器浸泡饱水后灌水试验。结果表明,硅藻土微孔陶瓷灌水器压力与流量呈对数函数关系,随着压力增大,额定流量增大;清水灌溉时,随灌水次数增加,流量小幅度下降。灌水24次时,流量下降幅度约为10%;浑水试验时,流量除受灌水次数影响外,还受泥沙量的影响:相同灌水次数,含沙量增大时,流量下降幅度较大;浸泡处理减小了灌水器初始流量,减缓流量下降幅度。微观形貌进一步显示微孔陶瓷孔径在10~80μm范围内,因此含沙水灌溉严重影响灌水器使用效果。     

考虑薄膜积灰的日光温室前屋面采光效率模型构建及应用

为确定自然环境下日光温室前屋面的采光效率,通过实测数据获得杨凌地区冬季长时间无雨状态下棚膜表面的灰尘积累分布情况以及不同太阳入射角及积灰程度下的棚膜透光率,构建了积灰分布模型及棚膜透光率衰减模型,在此基础上结合太阳入射角计算模型,采用MATLAB作为开发工具编写日光温室前屋面透光率的计算程序。通过输入温室地理坐标、日期时间、采光面曲线形状、朝向、棚膜材料种类,模拟出采光面上的透光率,并在杨凌地区对模型进行验证与应用。结果表明:同时考虑灰尘和太阳入射角的影响,建立的透光率模型与实测值的模拟精度较高,3个测点的模型计算值与实测值平均绝对误差分别为0.90%、2.13%和2.02%;以杨凌冬至日高采光效率为设计目标,将距温室前屋面底端0.8 m处的点作为控制点,确定2种曲线形状的温室,其前屋面控制点高度分别为0.6和0.8 m;朝向为南偏西5°时,在冬至日正午前后2h内,采光面的太阳入射角处于合理采光角范围内,采光效率较高;在弱光低温的冬季,为保障温室内较高的光照强度,建议选用的前屋面覆盖材料为白色PO膜。该研究可为日光温室棚膜表面采光效率的计算及采光面结构的设计优化提供依据。     

微喷灌与陶瓷渗灌互补装置设计与试验

针对农果复合种植中农作物和果树的根系深度、灌溉时间和灌水量等指标存在明显差异,采用传统单一灌溉方式难以同时兼顾果树深根和套种作物浅根的灌溉问题,以实现深浅根高效灌溉为目标,开发一种基于水压控制的微喷灌与陶瓷渗灌互补装置。在对装置进行整体结构设计的基础上,重点对3个核心部件：渗灌压力转换器、微喷压力转换器和伸缩装置进行优化配置。对渗灌压力转换器开展二因素六水平全试验优化设计,优选出渗灌压力转换器中弹性膜片的硬度（70HA）和厚度（1.5mm）,该条件下,可使地下灌溉的工作压力范围为0.015~0.055MPa,流量10L/h,流态指数为0.004。在对微喷压力转换器进行结构设计的基础上,确定弹簧劲度系数为1.500N/m,可保证微喷头在低压下(小于0.066MPa)不喷水,理论推导出伸缩装置的临界伸长压力为0.066MPa,与试验结果（当水压达到0.066MPa时,伸缩装置开始伸长,0.15MPa时伸缩装置升至最高点,微喷头开始稳定工作）相符。制作出微喷灌与陶瓷渗灌互补装置实物模型,参照国家标准进行性能测试,并将模型应用在日光温室,结果表明：本装置以水压0.066MPa为界,低压渗灌灌溉果树深根,高压微喷灌灌溉套种作物浅根系,互补灌溉功能良好,土壤剖面含水率实测值满足设计预期。该研究可为农果复合林深、浅根的高效灌溉提供有效解决方案。     

多因素耦合的光伏水泵提水系统配置优化方法

为探究提水效率影响因素及系统配置对光伏水泵提水系统性能影响,该研究利用光伏水泵循环提水系统,探究不同辐照强度、阀门开度、提水高度下光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率变化规律,并构建系统流量计算模型,根据该模型计算各个区间的提水量占比及不同提水高度下提水系统的参数,根据该系统整体效率和太阳能利用率确定最优提水高度;在此基础上,通过增加光伏组件面积及蓄水池数量降低提水系统提水成本及提高太阳能利用率,并确定提水成本最低时光伏组件面积和蓄水池数量。研究结果表明：确定光伏组件利用效率随辐照强度变化关系及水泵高效率运行区间,并确定光伏水泵最优提水高度为20 m,太阳能利用率为64.05%,整体利用效率为4.521%,提水成本为0.151元/m³;在最优提水高度的基础上,讨论了增加光伏板面积及蓄水池数量对太阳能利用率与提水成本的影响,当提水成本最低时,光伏板面积为3.71 m²,成本为0.143元/m3,太阳能利用率为90.83%;蓄水池数量为4个,成本为0.145元/m³,太阳能利用率为94.62%,表明增加光伏板面积和蓄水池...     

星形微管灌水器水力性能试验研究

设计了一种发散式星形微管灌水器,并对其进行了自由出流水力性能试验研究。结果表明:在测试压力范围内,星形微管灌水器流态指数为0.59~0.65,流量偏差系数均在0.09以内,灌水器制造偏差与压力变化无关。通过灌水器流态指数、制造偏差系数对总流量偏差系数的影响的分析表明:在进行水力设计时,选用流态指数大但制造偏差小的灌水器可以满足滴灌均匀度要求,设计的星形微管灌水器具有较高推广价值。     

大流量压力补偿式灌水器水力性能

为了研发一种适用于经济林灌溉的大流量压力补偿式灌水器,利用Pro/E软件完成了灌水器的三维造型,并利用激光快速成型制作出了灌水器样件,通过正交试验研究了灌水器垫片厚度、垫片硬度和基座下腔高度等补偿区结构参数对灌水器补偿区内的流态指数和额定流量(压力补偿区内的平均流量)的影响顺序及影响显著性.结果表明,下腔高度对起调压力及额定流量影响显著、垫片硬度和厚度对起调压力及额定流量影响不显著;垫片厚度对灌水器流态指数影响显著,下腔高度和垫片硬度对流态指数影响不显著;结构参数最优组合为:垫片厚度为1.3 mm,垫片硬度为50°,下腔高度为4 mm;补偿区结构参数为此组合时,灌水器补偿区间为50~400 kPa,流态指数为0.055 1,额定流量为13.10 L/h.该研究结果可为大流量压力补偿式灌水器的开发提供一定的科学依据.     

农户对温室滴灌技术满意程度影响因素分析

为了探讨限制滴灌技术应用的原因,通过Logistic回归模型分析了影响农户使用温室滴灌技术满意程度的影响因素。结果表明:农户对滴灌技术使用满意程度与受教育程度、技术指导和政府补贴等因素呈显著正相关,与农户年龄、兼业程度和推广技术的限制因素呈负相关。在此基础上,对影响农户使用温室滴灌技术满意程度的关键因素按重要性进行排序:年龄、技术指导、农业投产比、政府补贴、滴灌设备的价格、滴头堵塞、受教育程度、水肥不均、土地细碎化分散程度和兼业程度,其中除兼业程度在显著性水平0.1下和土地细碎化分散程度在显著性水平0.05下较为显著外,其余因素均对农户使用滴灌技术满意程度具有极其显著影响。此外还建立了关键因素与农户使用滴灌技术满意程度的概率关系式。基于实证结果,为温室滴灌技术能够顺利推广提供一定依据。     

PVC三通管水流阻力与流动特征分析

对DN75×75和DN75×50两种PVC三通管进行了试验与数值模拟研究,结果表明主管-侧管流向的局部阻力系数ζ01和主管-直管流向的局部阻力系数ζ02随雷诺数的增大而减小,在雷诺数大于1.5×105之后基本趋于稳定;ζ01、ζ02与分流比呈二次抛物线关系,通过验证数值计算与试验结果基本吻合.在此基础上对5种常见型号的三通管进行了数值模拟,表明ζ01、ζ02随管径比的增大而减小,ζ01的变化幅度远大于ζ02的幅度,并给出了局部阻力系数随分流比变化的定量表达式;流动特征分析可知引起局部水头损失ζ01的主要原因是水流方向变化的损失和离心力造成的速度分布变化损失,而引起ζ02的主要原因是在较大分流比时水流的剪切和横向环流导致直管分岔处上侧的漩涡运动和流速梯度变化损失.