滴灌管水头损失影响因素试验研究

滴灌管的水力性能直接影响到灌水均匀度,是滴灌系统设计和运行过程中的重要指标。通过室内测压试验,研究了滴灌管管长、滴头间距、首部压力以及滴头接入等因素对滴灌管局部水头损失系数和沿程压力分布的影响。结果表明,滴灌管总水头损失随管长的增大、滴头间距的减小而增大,首部压力增大在使得损失增大的同时也使得管路沿线压力分布更为均匀。通过分析每种工况下的水头损失构成,得出局部损失系数ζ在0.137~0.767之间变化,表明有些情况下局部损失在总损失中占有不可忽略的比重。局部损失系数随入口雷诺数的变化不明显,但与滴头间距s和滴头所在位置处过水断面的收缩比ε呈明显的负相关关系,通过回归得到了以ε和s表示的ζ的经验公式,决定系数R2为0.915,并结合经验能坡曲线给出了确定滴灌管沿程任意位置压力大小的方法,计算与试验实测结果拟合效果较好。     

沼液对水培生菜生长、养分及水分利用效率的影响

采用深液流水培法,对生菜在不同沼液替换比例配制有机无机复合营养液条件下的生理生长、产量及其对营养液养分和水分利用效率进行了研究。结果表明沼液对生菜叶面积、产量,养分及水分利用效率的提高有显著的作用,在沼液替换比例为10%、20%、40%的条件下,生菜的叶面积、产量、养分及水分利用效率均随着沼液替换比例的提高而增加。在60%和80%的沼液替换比例条件下,生菜的产量和植株对养分、水分的吸收利用率都有所下降,过高沼液替换营养液比例不利于生菜的生长。在这种复合营养液条件下,生菜对于氮、磷及镁元素的吸收利用率较高,对于钾和钙的需求量较低。     

钾浓度对水培生菜生长及矿质元素动态吸收的影响

【目的】研究不同浓度钾对水培生菜生长、品质、矿质元素利用效率以及矿质元素动态吸收的影响,以期筛选出适宜生菜生长的钾浓度。【方法】2014年3-5月,采用水培试验,设置5个不同的钾浓度(6,5,4,3,2mmol/L)处理生菜,在生菜生育期每隔10d测定1次生长指标,在收获后测定生菜品质,并计算生菜对不同矿质元素的利用效率,同时测定营养液中氮、磷、钾、钙、镁的浓度变化,以分析各阶段生菜对矿质元素的吸收情况。【结果】当钾浓度为2~6mmol/L时,生菜叶面积、根干(鲜)质量、地上部分干(鲜)质量、根冠比均随钾浓度的增加先增大后减小,当钾浓度为3mmol/L时,生菜以上生长指标均较大;随着钾浓度的增加,生菜硝酸盐、可溶性糖、可溶性蛋白含量均先增大后减小,Vc含量不断增大,其中当钾浓度为4mmol/L时,生菜的综合品质最好。各处理生菜总干物质积累量在整个生育期不断增大且差异越来越明显,其中3~4mmol/L钾素处理生菜收获时干质量明显高于其他处理,不同钾素处理生菜对氮、磷的吸收都是在第三阶段(05-03-05-13)达到最大,在其他生育阶段吸收较少;对钾的吸收量呈不断增加的趋势;对钙镁的吸收在整个生育阶段都较均匀,其中在第三阶段(05-03-05-13)吸收强度略有增加。较低的钾浓度处理(2~4mmol/L)生菜对矿质元素的利用效率均较高。【结论】当钾浓度为4mmol/L时,有利于生菜生长,获得较好的产量及品质,且矿质元素利用效率较高。     

梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

为了解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题,该文提出了一种具有梯形喉口的无喉道量水槽,并给出了量水槽参数与渠道尺寸的比例关系。该文在原型试验基础上,通过Flow-3D软件对过槽水流进行了数值模拟,分析了测流过程中水流流态、纵向时均流速分布、水头损失、湍动耗散沿程变化以及测流精度。研究结果表明:纵向时均流速分布和水流流态的模拟值与实测值最大相对误差均不超过10%,其模拟结果与实测结果较为吻和;基于临界流原理和能量守恒推出的水位流量关系式,进一步回归分析得到测流公式,其计算值与实测值最大相对误差为9.21%,满足量水精度要求;水头损失随着流量增大而增大,当流量大于45 L/s时,增大趋势明显变缓;最大水头损失不超过上游总水头10%,相比长喉道、巴歇尔、抛物线形量水槽水头损失较小。该研究可为灌区渠道量水设施设计提供参考。     

沟灌简易量水槽水力性能探究

提出了一种针对小流量的、制作安装简易的量水设备--便携式三角形喉道量水槽.该量水槽的原型过流试验在9种流量(0.90,1.44,1.88,2.36,2.84,3.36,3.92,4.57,4.90 L/s)的自由出流和淹没出流工况下进行,设置于断面形式与田间灌水沟相近的U型渠道内,通过测量量水槽内13个控制断面水位,对水面线、傅汝德数、临界淹没度、测流精度等水力性能进行试验分析.三角形喉道量水槽的过槽流量与上游水深具有良好的乘幂关系,复相关系数达到0.999 5;拟合得出自由出流和淹没出流状态下的水深流量公式,计算流量与实际流量比较,平均误差和最大误差均在5%以内.分析了不同流量工况下傅汝德数变化规律,进而确定了临界水深断面产生的具体位置在喉道段后半段,距离量水槽进口为334~355 mm;该三角形喉道量水槽的临界淹没度稳定,范围为0.80~0.86;单个量水槽的流量适用范围为0.90~5.00 L/s.     

基于茎秆直径微变化信号强度监测交替沟灌玉米水分状况

为研究茎秆直径微变化信号强度与交替沟灌玉米水分状况,试验设置常规沟灌处理、交替沟灌高水处理和交替沟灌低水处理,研究了3种处理玉米茎秆直径最大日收缩量(maximum daily shrinkage,MDS)、茎秆直径日增长量(daily increase,DI)与土壤含水率的关系,探讨了以信号强度(指标实测值与参考值的比值)诊断玉米水分状况的可行性,并通过"信噪比"结合水分敏感性对各生育期内MDS信号值(signal MDS,SIMDS)与DI信号值(signal DI,SIDI)适宜性进行评价。结果表明:MDS和DI在不同生育期表现出显著差异(P0.01),易受到气象因素影响,对土壤含水率变化的响应较弱。信号强度可排除气象因素干扰,各水分处理信号值呈现出不同规律,交替沟灌玉米信号值高于常规处理信号值。不同生育期内信号强度与水分敏感性表现出显著差异,拔节期内3组处理SIDI信噪比平均值大于SIMDS,且复水后SIDI信号强度降低幅度平均值(51.44%)大于SIMDS(30.55%),因此SIDI是更适宜的拔节期水分诊断指标;抽穗期内2种指标敏感性和信噪比相差不大,SIMDS与土壤含水率相关性更好,抽穗期应选择SIMDS作为水分亏缺诊断指标。成熟期SIMDS信噪比平均值大于SIDI,复水后信号强度降低幅度平均值(65.12%)大于SIDI(52.78%),SIMDS更适宜作为玉米水分状况诊断指标。该研究可为监测交替沟灌玉米水分技术提供技术支撑。     

光强和光周期对水培生菜光合及叶绿素荧光特性的影响

[目的]揭示不同光强和光周期条件下,水培生菜(Lactuca sativa L.)光合及叶绿素荧光特性的变化规律,得到产量最佳且光量子利用效率最高的光强、光周期组合。[方法]在人工光植物工厂内设置150、200、250、300μmol·m~(-2)·s~(-1) 4个光照强度和8、12、16 h/d 3个光周期,分析产量、光合参数、叶绿素荧光参数、色素含量、光量子利用效率等指标随光强和光周期的变化趋势。[结果]增大光强,叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和总叶绿素(Chl a+b)含量减少,类胡萝卜素(Caro)含量增多;延长光周期对叶绿素含量有促进作用,也能显著提高Caro含量;增加光强,净光合速率(P_n)、气孔限制值(Ls)、叶肉导度(g_m)增大,胞间二氧化碳浓度(C_i)变化趋势相反,表明限制光合速率是非气孔因素导致。在相同的光周期下,增加光强,F_v/F_m先增大后减小,非光化学荧光猝灭(NPQ)增大,光量子利用效率(P)有减小的趋势,表明增大光强会使热耗散增加且不利于PSII内光能的利用。延长光周期可一定程度上提高F_v/F_m且可以提高光量子利用效率。8、12 h/d光周期下,增加光强可提高叶鲜重,但16 h/d光周期条件下,增加光强生菜叶鲜重先增大后减小(250μmol·m~(-2)·s~(-1)时最大)。[结论]250μmol·m~(-2)·s~(-1)光强和16 h/d光周期组合最有利于产量和光能利用。     

方形喷洒域摇臂式喷头流道优化及内部流场数值仿真研究

针对圆形喷洒域摇臂式喷头喷洒重叠多和超喷漏喷普遍,现行方形喷洒域摇臂式喷头机构复杂、旋转能耗大、局部水头损失大、喷洒形状与标准正方形偏差大等问题,该文通过对流量调节器喉口断面菱形化和流道流线化,对方形喷洒域摇臂式喷头流量调节器的形体进行优化,减少了不利的水头损失,实现了精准方形喷洒的目标。根据水动力学的能量方程及动量方程推出了流量调节器局部水头损失的计算公式;并运用三维软件Pro/E建立流量调节器及喷头的三维内流道几何模型,利用CFD软件建立其流体力学RNG k-ε湍流数值模型,对流量调节器及喷头的内流场进行数值模拟,获得了压强、流速的动态分布规律,进而求得优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失及流量,结合同型号喷头的出口流量与射程关系计算出优化前后的射程,进而对优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失、流量、射程及喷洒形状等性能进行全面评价,验证方形喷洒域摇臂式喷头流道优化成果的可靠性。结果表明:优化后的方形喷洒域摇臂式喷头结构简单、水力自控、节能耐久、喷洒形状标准、水头损失小;在额定工作压力范围内优化后的摇臂式喷头水头损失降低25.8%,流量增大12.87%,喷洒形状系数提高15.6个百分点,为方形喷洒域摇臂式喷头的设计制造及应用推广提供理论参考。     

水动式比例施肥泵大田性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥泵具有运行稳定、精准施肥的优点,在微灌系统中应用广泛。滴灌系统中为了达到设计要求的灌水均匀度,滴灌管入口压力应不低于设计压力,在维持滴灌管入口压力稳定的基础上,结合大田膜下滴灌系统进行了水力驱动式比例施肥泵的性能试验,分析了施肥泵入口流量、吸肥比例、滴灌管入口压力对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:施肥泵入口流量随着滴灌管入口压力的增大而变大,吸肥比例对入口流量基本没有影响;吸肥比例设定在2%～4%时,实际所需的施肥时间与设定时间相比增加了近1/4,吸肥比例和滴灌管入口压力都较大时易发生堵塞,侧翼迷宫式滴灌管整体稳定性不如内镶贴片式滴灌管;在大田滴灌运行时较大毛管入口压力与较大吸肥比例配合施肥精度较低,不宜采用。