田间便携式短喉槽的数值模拟

为进一步研究田间便携式短喉槽过槽的水流特性及测流精度,基于临界流原理和RNGk-ε三维湍流模型,利用FLOW-3D软件对喉道宽度为76mm的田间便携式短喉槽在16种工况下的水力特性进行全流场数值计算,获得了时均流场、槽内水流流态、断面流速分布及佛汝德数,并与试验实测值进行对比分析。结果表明:1)模拟流场分布及流态与模型试验情况具有一致性,量测流量范围宽,最大可达40L/s,能够满足田间量水的流量要求;2)水深、断面流速、佛汝德数模拟值与实测值基本吻合,相对误差均小于10%;3)该短喉槽最大水头损失占总水头的12.89%,小于长喉槽最大水头损失占总水头的13%;4)通过回归分析得到了田间便携式短喉槽的上游水深-流量计算公式,其最大测流误差为9.95%,满足灌区量水精度的要求。     

U形渠道便携式板柱结合型量水槽水力性能研究

针对灌区小型渠道数目多、需测控的断面多、而宜采用的移动式量水设备仍不够完善的问题,借鉴移动式薄板量水槽和圆柱量水槽的优点,设计了一种便携式板柱结合型量水槽,在分析量水槽测流机理的基础上,开展原型试验和数值模拟研究,并应用量纲分析法建立测流公式。结果表明,量水槽具有较好的水位-流量关系,上游壅水高度在1. 85～13. 69 cm之间,临界淹没度在0. 70～0. 91之间,槽前弗汝徳数均小于0. 5;板柱结合型量水槽比现有的圆柱量水槽和带尾翼的圆头量水槽体型小,便携度高,流线分布稍差,上游壅水高度稍大,临界淹没度稍低,但能满足灌区测流要求;量水槽测流精度高,平均测流相对误差为2. 07%。     

水泵CFD应用中的若干问题与思考

作为一种分析复杂三维区域中流体流动特性的工具,计算流体动力学（CFD）技术在水泵中的应用越来越广泛,它可用于研究水泵的能量和汽蚀特性,预测水泵的工作性能及优化水力设计等.对CFD的基本概念及如何开展水泵CFD工作进行了论述,包括水泵CFD的数学模型、计算网格与离散格式、水粘性处理模式、CFD的功能与局限等.针对如何评判CFD精度,根据最新国际标准进行了说明.此外,还分析了CFD在水泵中的应用现状,指出了水泵CFD的发展趋势.     

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

压力补偿滴头抗堵塞性的数值模拟研究

【目的】用数值模拟方法研究压力补偿滴头的抗堵塞性,为灌溉滴头的结构改进提供参考。【方法】以孔口式压力补偿滴头为对象,综合运用流固耦合与液固两相流的数值模拟方法,分析压力补偿滴头在不同入流颗粒粒径（0.01,0.02,0.04和0.06 mm）及体积分数（0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%和1.2%）下,压力补偿滴头的内流场及颗粒体积分数分布规律。【结果】在供试颗粒粒径及体积分数范围内,压力补偿滴头流道内局部颗粒体积分数升高,容易发生沙粒沉淀;同一位置处水的速度较固体颗粒大;随着入流颗粒粒径及体积分数的增大,滴头出流量略有减少,但仍达清水流量的94.7%以上;入流颗粒体积分数相同时,颗粒粒径越大,流道内最大颗粒体积分数越大。【结论】改进压力补偿滴头环形流道的入口结构能提高其抗堵塞性;提高灌溉系统抗堵塞性需同时提高滴头抗堵塞性并改进过滤设施。     

光照强度和营养液浓度对水培生菜产量和品质的影响

以生菜为试材,在人工光环境条件下进行水培试验,在不同营养液浓度(山崎营养液配方0.8、1.0、1.2倍)和不同光照强度(80、130、180μmol·m~(-2)·s~(-1))处理组合下,测定了收获期生菜的产量和维生素C、硝酸盐、可溶性蛋白质以及可溶性糖等品质指标,研究了营养液浓度与光照强度处理组合对水培生菜产量和品质的影响。结果表明:1.0倍营养液与180μmol·m~(-2)·s~(-1)光照强度处理下生菜地上鲜质量最大、硝酸盐含量最低;1.2倍营养液与180μmol·m~(-2)·s~(-1)光照强度处理下生菜的可溶性糖含量最高;1.0倍营养液与130μmol·m~(-2)·s~(-1)光照强度处理下生菜的可溶性蛋白质、维生素C含量最高。综合考虑,1.0倍营养液与180μmol·m~(-2)·s~(-1)光照强度处理为水培生菜最佳处理。     

迷宫滴头CFD分析方法研究

利用计算流体动力学CFD软件对3种不同流道结构的迷宫滴头进行了水力特性的数值模拟,得到了滴头流道内部的压力和流速分布,预测了滴头压力流量关系,同时将预测值与实测值进行比较。分析了现有CFD方法在预测迷宫滴头水力性能方面的优势,以及导致预测结果存在一定偏差的原因。对比了不同湍流模型、不同网格密度等因素对滴头内部流场计算结果的影响,提出了今后开展滴头CFD研究的发展方向。     

节制闸开度对侧渠分流量影响试验研究

调节节制闸开度可达到控制分水口水位、按需配水的目的,通过梯形渠道不同来流量、不同节制闸开度下节制闸及矩形分水口流动特性试验,观测节制闸上下游及分水口附近水深、流速等水力要素,分析了主渠道沿程水面线的变化规律;基于量纲和谐原理,建立了流量系数与闸门开度和闸前水深的关系式。结果表明：不同来流量下,水面线均呈先降低再小幅升高的趋势,在分水口下游段形成壅水。当来流量在25.35～39.70 L/s变化时,自由出流时,闸孔出流和堰流的临界值出现在闸门开度为11～14 cm,相对闸门开度e/h变化范围为0.792～0.823,与理论值0.65存在差异。不同来流量下,流量系数与傅汝德数呈反比关系,相对闸门开度对流量系数的影响大于傅汝德数对流量系数的影响。建立闸门开度e和闸前水深h与流量系数m的关系式,平均误差为0.73%。不同来流量下分流比随相对闸门开度的增大而减小,且小流量下闸门开度对分流比的影响较小。本研究对指导灌区合理水量分配及调控具有重要意义。     

半湿润地区葡萄园水热通量特征及其对环境因子的响应

研究稀疏植被下垫面水热通量特征对于提高农业水管理和高效利用农业气候资源极为重要,利用2018年葡萄园波文比系统数据和气象资料,分析了半湿润地区葡萄园下垫面水热通量在不同生育阶段和典型天气条件下的分配特征及潜热通量对相关气象因素的响应,并运用BP神经网络对葡萄园潜热通量进行预测,根据预测模型,分析比较潜热通量对环境因子变化的敏感性。结果表明,水热通量的日变化呈单峰二次曲线,从7∶00左右开始增长,12∶30左右达到峰值后开始减小,夜间基本不变。感热通量在全部生育期都占了地表能量的绝大部分,潜热通量较小,所占比例随生育期时间逐渐增大,在果实膨大期达到最大后开始减小。在雨天,水热通量各分量都比晴天小,潜热通量略大于感热通量。而阴天潜热通量的变化幅度明显比其他天气条件下都大。BP神经网络根据气象因子模拟出的潜热通量与波文比法的计算值相关性较高,同时,潜热通量对净辐射和土壤热通量的变化最为敏感,而对风速变化的敏感性较低。     

水肥一体微喷带沿程压力及肥液浓度分布规律试验研究

为分析水肥一体化微喷带运行过程中沿程肥液浓度分布规律及影响因素,研究了肥料种类、施肥罐压差对微喷带沿程压力和肥液浓度分布的影响。结果表明,在微喷带铺设长度为40 m时,沿程压力逐渐降低,但降幅逐渐减缓;管首压力越大管道首尾压差越大,微喷带施肥均匀性越低。综合微喷带有效喷洒范围,大田微喷带存在适宜首部工作压力(本研究中的微喷带为50～60 kPa)。N肥(易溶肥料)沿程浓度受施肥罐作用压差影响明显,P肥(难溶肥料)沿程浓度变化趋势平缓,浓度随时间变化急剧。在实际生产实践中,应根据不同的肥料确定合适的工作压力及施肥罐作用压差,选择合适的喷洒时间以保证微喷带施肥均匀性及施肥量。